Устройство для определения экстре-мальных значений случайныхпроцессов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРОЮМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлеио 101178 (21) 2682708/18-24 с присоедмнемием заявки Ио

Союз Советских

Социалистических республик (is>805358 (53)М. Кл з

G 06 G 7/52

Государственный комитет

СССР но деаам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 1 0281. Бюллетень ЙЯ 6 (53) УДК 681.ЗЗЗ (088;8) Дата опубликования описания 1502.81 (72) Авторы изобретения

Г. Г. Живилов, Н. И. Сметанин и Э. П. Тихонов;..

P3) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ

ЗНАЧЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Однако, устройство не имеет защи ты от импульсных помех,.превышающих дискретность (шаг квантования по уровню в устройстве). Допустимый на входе устройства шум при определении размытого экстремума должен быть по

ЗО размаху менее шага квантования по

Изобретение относится к средствам автоматики.и вычислительной техники и предназначено для определения экстремальных значений широкополосных случайных сигналов при построении измерительных приборов, используемых в ядерной физике, радиационной медицине, диагностике состояния устройств и объектов, приборов для статистического анализа случайных процессов.

Известно устройство для определения экстремального значении однократного процесса, которое содержит регистры памяти, нуль-орган, входы которого соединены соответственно с входом устройства и выходом преобразователя код-аналог, подключенного входом к разрядным выходам реверсивного счетчика, входы сложения, вычитания.и тактовых импульсов которого соединены соответственно с выходами

"Сложить" нуль-органа и первым вхо " дом первого элемента И, с выходом

"Вычесть" нуль-органа и первым входом второго элемента И, с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены.к выходам двух первых элементов

И, вторые входы. которых соединены с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй вход которого под-. ключен к счетчику времени, единичный и нулевой входы первого триггера через элементы задержки подключены к выходу первого, входу третьего элементов И и к входу четвертого, выходу второго элементов И, выхрдЫ первого триггера подключены к вторым входам третьего и четвертого элеменО тов И, третьи входы которых соединены с единичным выходом второго триггера, .нулевой вход которого подключен к выходу четвертого элемента И и входу управления первого регистра па15 мяти, входы которого соединены с выходами счетчика времени и входами второго регистра памяти, вход управления которого соединен с выходом третьего элемента И и входом управле-, 20 ния третьего регистра памяти, соединенного другими входами с выходами реверсивного счетчикй Г1 .

805358 уровню. Точность определения экстремума ограничейа шагом квантования по уровню и изменяться в зависимости от конкретных условий работы устройства (полосы сигнала, шумов) не может. Известное устройство не предназначено для широкополосных входных сигналов. Оно работает с постоянной тактовой частотой,.оптимальной для ограничения спектра случайного сигнала.. Кроме того,=устройство требует сброса триггеров и счетчиков пе- 16 ред определением .экстремального значения и пбэтому может анализировать только однократные реализации случайных процессов с одним экстремальным значением в этой реализации. 15

Наиболее близким к предлагаеиому является устройство для измерения функции распределения экстремальных значений случайных сигналов, содержащее источник исследуемого сигнала, нуль-орган (сравнивающее устройство), образцовый генератор случайыж сигналов, накопитель, задатчик напряжения уровня .выборки, ключ,.запоминающий элемент,. схему "Исключительно-ИЛИ" (измеритель), тактовый, генератор, блок определения изменения знака приращения исследуемого сигнала и аналоговый запоминающий блок (2).

Известное устройство при определении экстремальных значений сиг- 36 нала не имеет защиты от импульсных помех, точность определения экстремумов его неизменная и при заданной неизменной тактовой частоте, в основном, определяется параметрами 35 аналогового запоминающего блока и нуль-органа. Устройство обладает большими погрешностями определения экстремумов низкочастотных сигналов, так как параметры его аналогового за- 4О аоминающего блока и тактовая частота не изменяются в зависимости от:скорости изменения входного сигнала.

Кроме того, устройство измеряет только одну статистическую характерис- тику экстремальных значений сигнала — 4> функцию распределения, что часто на практике бывает недостаточно.

Цель изобретения вЂ,,повышение точ-, ности определения экстремальных значений широкополосных случайных сиг- $6 налов, а также помехозащищенности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения экстремальных значений-случайных процессов, содержащее первый аналоговый блок памяти.и первый компаратор, первые входы которых объединены и подключены к первому входу устройства, блок определения изменения зна» ка приращения входного сигнала, пер- 69 вый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами измерителя, а третий— подключен к первому входу блока синхронизации, первый и второй. выходы 65 которого соединены соответственно сс вторым входом первого. аналогового блока памяти и со вторым входом первого компаратора, в устройство дополнительно введены два аналоговых блока памяти, три ключа, три сумматора, управляемый источник напряже-... ния, блок адаптации, пять компараторов и мажоритарный блок, первые шесть входов которого соединены с выходами соответствующих компараторов, седьмой вход подключен к третьему выходу блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с третьим входом измерителя, четвертый вход которого подключен.к выходу усреднителя, входы которого подключены к выходам соответствующих ключей, информационный, вход каждого клюна соединен с выходом соответствующего аналогового блока памяти, управляющие входы ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами маж6ритарного. блока, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения изменения знака приращения, первые входы .второго и третьего аналоговых блоков памяти, блока адаптации, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого компараторов объединены и подключены к первому входу устройства, второй вход второго компаратора соединен со вторым входом блока синхронизации, вторые входы третьего и четвертого компараторов подключены к пятому выходу блока синхронизации, вторые входы пятого и шестого компараторов соединены с шестым выходом блока синхронизации, первый и второй выходы первого сумматора соединены соответственно с третьими входами первого и второго комнараторов, первый и второй выходы второго сумматора подключены соответственно к третьим входам третьего и четвертого компараторов, первый и второй вы" ходы третьего сумматора соединены соответственно с третьими входами питого и шестого компараторов, выходы компараторов подключены к соответствующим входам мажоритарного блока, первый вход каждого сумматора соединен с выходом соответствующего аналогового блока памяти, вторые входы сумматоров подключены к выходу управляемого источника напряжения, вход которого является вторым входом устройства, вторые входы второго и третьего аналоговых блоков памяти подключены соответственно к седьмому и восьмому выходам блоха синхрониза» ции, второй вход которого подключен к первому выходу блока адаптации, второй выход которого соединен с третьими входами. аналоговых блоков памяти, второй вход блока адаптации является третьим входом устройства.

805358

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 аналоговые блохи памяти (АБП), на первые входы которых и на вход блока 4 адаптации подается исследуемый.случайный сигнал.

Выход блока 4 адаптации соединен со вторыми входами блоков 1-3, другой выход блока 4 адаптации. соединен с входом блока 5 синхронизации, выходы

;которого подключены. к третьим входам блоков 1-3, выходы которых соединены непосредственно с первыми входами первого 6, второго 7 и третьего 8 сумматоров, а также через ключи 9-11 с входами усреднителя 12. Вторые входы сумматоров 6-8 связаны с выходом управляемого источника 13 напряжения, а выходы сумматоров 6-8 со вторыми входами компараторов 14-19, иа первые входы которых подается исследуемый сигнал. Выходы компараторов 14-29 подключены ко входам .мажоритарного блока 20, входы которого. соединены с входами блока 21 определения изменения знака приращения. Другие выходы мажоритарного блока 20 связаны с óïравляющими входами ключей 9-11. Один из входов мажоритарного блока соединен с выходок блока 5 синхронизации.

Выходы блока 21 определения изменения знака приращения подключены к входам блока 5 синхронизации и измерителя 22, вход которого соединен с выходом усреднителя 12.

Устройство работает следующим образом.

В блоке 4 адаптации задается ошибка восстановления входного сигнала С„, пропорциональнб которой в нем формируется тактовая частота, поступающая в блок 5 синхронизации, а также в аналогичные блоки 1-3 памяти, и включаются соответствующие ABII случайного сигнала. Блок 5 синхронизации последовательно формирует ньжуль= са строба на пары компараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19. После импульсов строба компараторов с.некоторой задержкой блоком 5 синхронизации формируется сигнал в мажоритарный блок

20, по которому происходит усреднение в блоке 12, и сигналы включения на запоминание мгновенных значений входного процесса в блоках 1-3. Сдвиги по времени межцу импульсами строуба комнараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и

19, и также между импульсами включения аналоговых блоков 1-3 памяТи, задаваемые блоком 5 синхронизации, превышают ожидаемую длительность импульсных помех, но по .времени намного меньше периода между тахтами, которые вырабатывает блок 4 адаптации для работы блока 5 синхронизации.

Блок 5 обеспечивает воэможность регулировки времени между стробнрованием компараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, а также подключением второго аналогового блока 2 памяти по отношению к первому 1, третьего 3 по отношению ко второму 2. Запомненные зна чения входного случайного сигнала

U3. (где i = 1, 2, 3) «а каждом такте

3« поступают из блоков 2-3 на первые .входы сумматоров 6-8. На вторые входы сумматоров 6-8 от управляемого источника 13 напряжения подключены напряжения аЦ,. Напряжение аО;. устанавливается оператором таким образом чтобы образовалась зона нечувствительности компараторов 14-19 к atyмам в том случае, когда первая йроиэ15 водная входного сигнала близка нли ранна нулю. Этим исключаются дополнительно ложные срабатывания компараторов .14-19 и блоков 20-22 за счет того, что компараторы имеют конечный

20 порог срабатывания. На первые входы компараторов 14-19 поступает входной случайный сигнал, на вторые входы— величины 03; +а0, и 09„. -дц„. На следующем тактовом импульсе блока 4 .адаптации устройством 5 синхронизации снова последовательно формируются импульсы строба на компараторы

14 и 15, 16 и 17, 18 и 19. По результатам сравнений определяется знак приращения случайного сигнала по отношению к запомненным блоками 1-3 иа предыдущем такте значениям случайного сигнала U; +ь0„ и U3;,-а0„, снимаемым с выходов блоков 6-8 суммирования.

Входные сигналы компараторон 14-19 поступают на входы м .жоритарного блока 20. Блок 20 выполняет решающую функцию и выбирает иэ совокупности сигналов, поступающих на каждом так40 те на его входы, наиболее достоверные значения.

С учетом зоны нечувствительности устройства + U, блока 20 для каждой

i-й пары сравнивающих устройств в

45 зависимости от изменения входного случайного сигнала формируют следующие сигналы Y

U,ù uq; +ZU; 1 сигналы соответствуют положительному знаку приращения случайного сигнала;

03«+

0„„> U„+ U; сигналы соответствуют отсутствию приращения случайного сигнала;

< U3; а" - 01 ,; --:- 3 сигналы соответствуют отрицательному знаку приращения случайного сигнала.

60 Обозначим выходные логические csrналы блока 20 соответственно для компараторов 14 и 15 — Y< и Y„; 16 и

17 — Т и У ; 18 и 19 — Y и Y,:. Логические сигналы Y„ У, 73 соответ6э.ствуют положительным приращениям, а

805358

С некоторым сдвигам по времени от блока 5 приходит импульс запуска измерителя 22 и одновременно .с ним .первый импульс на запоминание в первое запоминающее. устройство 1, затем следуют импульсы. последовательно на запоминающие устройства 2 и 3. На бО сигналы "2 "3 отрицательным приращениям входного случайного сигнала.

Выбор наиболее достоверного значения в блоке 20 осуществляется. по большинству "голосов" следующим.образом, B блоке 20 производится операция сложения логических сигналавг

2 (+) =Y„+Y +Y Z (-) = Y +Y2 +Y ° и выдается сигнал "Ноль " при выполне-" нии неравенства 2.(ф)-2 (0 (т.е. блок

20 не фиксирует положительного при- 10 ращения случайного сигнала); или сигнал "Единица" при выполнении неравенства 2(+)-2 ) 0 (т.е. блок 20 формирует положительное приращение случайного сигнала). f$

Аналогично для Z(-): если Z(-)-2(0 то выдается "Ноль" (т.е, блок 20 не фиксирует отрицательного приращения случайного сйгнала); если Z (-} -2 > О,. то выдается "Единица" (т.е. блок 26 @ фиксирует отрицательное приращение случайного сигнала). Блок 20 может быть решен на мажоритарных модулях, называемых иногда кворум-элементами.

Указанные логические сигналы

"Ноль " или "Единица" поступают в 11 блок 21 определения изменения знака приращения, в котором знак приращения запоминается. Кроме того, если на предыдущем тактовом импульсе было запомнена противоположное по знаку ЗО приращение, блок 21.выдает сигнал, соответствующий минимальному или максимальному значению случайного сигнала, в измеритель 22, а также сигнал, соответствующий экстремальному значе- 35 нию, в устройство 5 синхронизации.

При наличии сигнала, соответствующего экстремальному значению, блок 5 формирует страбирующий сигнал в блок

20,по которому (после прохождения трех импульсов на страбиравание компараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19) формируются сигналы на включение ключей 9-11. Логически управление ключами 9-11 организовано так, что всегда блоком 20 могут включаться только два из трех ключей, если даже в сигнале нет помехи и во всех трех каналах запомнена достоверная информация. В случае возникновения помехи в одном из каналов при запоминании или сравнении включаются. ключи двух достоверных каналов при нахождении экстремума. При.открывании ключей На вход усреднителя 12 подается два запомненных на предыдущем такте значения случайного сигнала, среднее из которых является искомым экстремальным значением. этом цикл работы устройства заканчивается.

С приходом следующего тактового импульса от блока 4 адаптации проходят три импульса строба компаратаров

14 и 15, 1б и 17, 18 и 19, импульс иа открывание ключей 9-11 в случае определения экстремума и три импульаа на новое запоминание блоками 1-3.

Импульсом запоминания первого аналогового блока 1 памяти в случае определения экстремума случайного сигнала запускается измеритель 22.

При измерении статистических характеристик экстремальных значений случайных сигналов допустимы пропуски экстремальных значений сигнала.

Эти пропуски не создают дополнительных погрешностей статистических.характеристик сигнала, а лишь увеличивают необходимую длину реализации случайного сигнала. Поэтому s предложенном устройстве применим блок 4 адаптации с стохастическим алгоритмом работы, в котором в зависимости ат заданной погрешности восстановления б и скорости изменения случай1 ного сигнала устанавливается средняя тактовая частота, которая флуктуирует в небольших пределах для стационарного случайного сигнала.

Таким образом, помехоустойчивость и точность измерения экстремальных значений сигнала повышается за счет введения межоритарной обработки и усреднения результатов избыточного измерения экстремумов.

Формула изобретения

Устройство для определения. экстремальных значений случайных процессов, содержащее первый аналоговый блок памяти и первый компаратор, первые входы которых объединены и подключены к первому входу устройства, блок определения изменения знака приращения, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами измерителя, а третий — подключен к первому входу блока синхронизации, первый и второй выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого аналогового блока памяти и со вторым входам первого компаратара, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в устройство дополнительно введены два аналоговых блока памяти, три ключа, три сумматора, управляемый источник напряжения, блок адаптации, пять компаратаров и мажоритарный блок, первые шесть входов которого соединены с выходами соответствующих компараторов, седьмой вход подключен к третьему выходу блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с третьим входам

805358

8ИИИПИ Заказ 10905/73 Тираж 756 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 измерителя, четвертый вход которого подключен к выходу усреднителя, входы которого подключены к выхрдам соответствующих ключей, информационный вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего аналогового блока памяти, управляющие входы ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами мажоритарного блока, четвертый и пятый выходы котерого соединены соответственно с первым и вторым входами блока определения изменения знака приращения, первые входы второго и третьего аналоговых блоков памяти, блока адаптации, второго, третьего, четвертого, пятого и шестого компараторов объединены и подключены к первому входу устройства, второй вход второго компаратора соединен со вторым входом блока синхронизации, вторые входы третьего и четвертого компараторов подключены к пятому выходу блока синхронизации, вторые входы пятого и шестого компараторов соединены с шестым выходом блока синхронизации, первый и второй выход первого сумм ора соединены соответственно с третьими входами первого и второго компараторов, первый и второй выходы второго сумматора подключены соответственно к третьим входам третьего и четвертого компараторов, первый и второй выходы третьего сумматора соединены соответственно с третьими входами пятого и шестого компараторов, выходы компараторов подключены к соответствующим входам мажоритарного блока, первый вход каждого сумматора соединен с выходом соответствующего аналогового блока памяти, вторые входы суьвиаторов подключены о к выходу управляемого источника напряжения, вход которого является вторым входом устройства, вторые входы второго и третьего аналоговых блоков памяти подключены соответ1$ ственно к седьмому и восьмому выходам блока синхронизации, второй вход которого подключен к первому .вихру блока адаптации, второй выход которого соединен с третьими входами

Яф аналоговых блоков памяти, второй вход блока адаптации является третьим входом устройства.

Источники информации, принятые so внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В.506865, кл. G 06 G 7/52, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

9 379929, кл. G 06 С 7/52, 1973 °