Устройство для измерения корреляционногоотношения двух случайных процессов

 

Союз Советских

Сециавиатичеспив

-Ресаувлес

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свмд-ву в 696488 (22) Заявлено 211179 (21) 2842797/18-24 (u)851420 (51)М. Клз с присоединением заявки Мо

G 06 G 7/19

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытнй (23) Приоритет

Опубликовано 300781. Бюллетень HR 28 (53) УДК 681. 333 (088. 8) /

Дата опубликования описания 300781 (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННОГО

ОТНОШЕНИЯ ДВУХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к специали- зированным.средствам вычислительной техники, может быть использовано для аппаратурного определения характеристик случайных лрбцессов и выдачи рекомендаций при измерении или контроле этих процессов и является усовершенствованием известного уст- ройства для измерения корреляционно- 10 го отношения двух случайных процессов (по авторскому свидетельству

9696488).

По основному авт.cs. йб96488 известно устройство, содержащее входной зажим напряжения реализации 1» первого случайного процесса t у «0», центрирующий фильтр, амплитудноимпульсные модуляторы (АИИ), входной зажим напряжения реализации второго л случайного процесса )х(сЦ, блок 20 сравнения, источник постоянных напряжений, элемент задержки и формирования импульсов, усреднители импульсных последовательностей, электронный коммутатор, преобраэбватель напряжение-временной интервал, временной селектор, накапливающий счетчик импульсов, квадратор, усреднитель квадратированного напряжения, преобразователь напряжение-период, 30 генератор импульсов, временной се-. лектор, делитель частоты, замыкающий контакт с самовозвратом, блок опре- деления математического ожидания, блок определения среднего квадратического отклонения, вычислительный блок, блок деления, блок сравнения и блок индикации. Устройство позволя ет определить возможность неизмерения или неконтродирования одного из двух стохастически вэаимозависимас случайных процессов при непрерывном измерении или контроле другого случайного процесса.

Недостатком этого устройства яв« ляется то, что. QHo не может определять воэможность неизмерения или неконтролирования одного из двух стохастически взаимосвязанных случайны> процессов при дискретном измерении или контроле другого случайного процесс а.

Цель изобретения - расширение его функциональных возможностей за счет вычисления дисперсии погрешности восстановления, что позволяет формулировать рекомендации о неизмерении или неконтролнрованни случайного процесса x(t) при имекщихся сведениях о поведении не только неЛ.A.Áóðáà, В.Н.Левашов, Н. П.Николаев и Т.В.Терехова

851420 преравно контролируемого или измеряемого случайного процесса y(t), но и при дискретном его измерении или контроле. Целесообразность решения этой задачи может быть вызвана... во-первых, медленным характером изменения случайных процессов вовторых, тем фактом, что количество каналов измерения может быть меньше, чем число датчиков измеряемых (контролируемых) случайных величин.

В известном устройстве взаимная энтропийная погрешность л ху определения значений случайного процесса x(t} через известные непрерывные значения случайного процесса у(t} оценивается л по формуле (ъ ) (2ъХ) "" (1)

А где у — относительная энтропийная погрешность измерения реализации случайного процесса y(t); х и Ъх — соответственно.математическое ожидание (NO) и среднее квадратическое отклонение (СКО) случайного процесса x(t);

Ъ x — корреляционное отношение случайных процессов

x(t) и y(t).

СКО погрешности восстановления случайного процесса x(t) за счет случайного процесса y(t) определится следующим выражением ахи (2) э где k — энтропийный коэффициент погрешности, который меняется от 1,73 (при равномерном распределении) до 2,07 (при нормальном распределении).

Суммарная дисгерсия погрешности восстановления b jby с учетом погрешности дискретизации определяется следующим выражением (в данном случае принимается вполне обоснованное допущение о независимости составляющих погрешности Ь )

-o,ass с@ у ф ° (3) где d9 — параметр в показателе степени автокорреляционной функции слуиайного процесса x(t), . — интервал дискретизации случайного процесса у(t).

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения:, корреляционного отношения двух слу,чайных процессов введены коррелятор, квадратор, переключатель, сумматор H многовходовый блок умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом квадрато-. ра, второй выход которого соединен с первым входом многовходового блока умножения, второй вход которого является пятым входом устройства, а третий соединен с выходом коррелятора, вход которого подключен ко второму входу устройства, первый выход блока деления соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с.выходом сумматора, выход переключателя соединен со входом блока сравнения, второй вход квадратора подключен ко второму выходу блока деления.

Блок возведения в квадрат осуществляет возведение в квадрат величин

Ы и Ь6, Группа блоков произведения необходима для определения первого

15 слагаемого формулы (3). Коррелятор служит для оценки параметра дФ автокорреляционной функции случайного процесса x(t). Сумматор осуществлял ет оценку величины 4р . Переключа-.

gg тель необходим для.подключения к блоку сравнения и выходу устройства либо сумматора, либо блока деления в зависимости от того как измеряется случайный процесс y(t): дискретно

4 или.непрерывно.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения корреляционного отношения двух случайных процессов. Входной зажим 1 напряжения реализации первого случайного процесса через центрирующий фильтр 2 соединен с сигнальными входами модулятора (AHN) 3.

Входной зажим напряжения реализации второго случайного процесса 4 через узел сравнения 5 подключен к выходам источника постоянных напряжений 6.

Выходы узла сравнения 5 через элемент задержки и формирования импульсов 7 соединены с управляющими входами модуляторов 3 через усреднители импульсных последовательностей 8 подключены ко входам коммутируемых величин электронного коммутатора 9 выход которого соединен с основным входом преобразователя "напряжениевременной интервал" 10, подключенного через первый вход временного селектора 11 ко входу накапливающего счетчика импульсов 12. Входы модуляторов 3 через квалратор 13, усреднитель квадратированного напряжения .14, и преобразователь "напряжениепериод" 15 соединены со вторым входам временного селектора 11.

Выход генератора импульсов 16 под55 ключен к первому входу временного селектора 17, выход которого соединен параллельно со входом делителя частоты 18 и управляющими входами коммутатора 8 и квадратичного прещ образователя 10. Выход делителя частоты 18 подключен к единичному входу триггера 19, к нулевому входу триггера 19 через замыкающий контакт с самовозвратом 20 подключен выход генератора 16. Единичный выход триг851420 гера подключен ко второму входу времеНного селектора 17. Входной зажим

4 напряжения реализации второго случайного процесса подключен также ко входам блока 21 определения математического ожидания и блока 22 определения среднего квадратического

5 отклонения, выходы которых соединены соответственно со вторым и первым входами вычислительного блока 23.

Третий вход блока 23 является третьим входом устройства, четвертый вход подключен к выходу накапливающего счетчика импульсов 12, а выход к пер- . вому входу блока 24 деления, второй вход которого является четвертым входом устройства. Первый выход бло- 15 ка 24 соединен с первым входом переключателя 25, а второй выход — со входом блока 26 возведения в квадрат, второй вход блока 26 подключен также к выходу блока 22 определения сред- 2О него квадратического отклонения „ первый выход — ко входу первого блока группы 27 блоков произведения, а второй — к первому входу сумматора 28.

Один из входов второго блока произве- 25 дения группы 27 является пятым входом устройства, другой вход соединен с выходом первого блока группы 27, а выход — с первым входом третьего блока группы 27, второй вход которо- 3() го подключен к выходу коррелятора 29, а выход — ко второму входу сумматора

28. Вход коррелятора 29 соединен со входным зажимом 4, а выход сумматора

28 — со вторым входом переключателя

25. Выход переключателя подключен к выходу устройства, а также через блок 30 сравнения к блоку 31 индикации.

Устройство для измерения корреляционного отношения двух случайных процессов работает следующим образом.

Напряжение реализации y(t) первого случайного процесса подводится к зажиму 1 и после центрирования фильтром 2 поступает параллельно на сиг- 45 нальные входы амплитудно-импульсных модуляторов 3 всех каналов. Напряжение реализации x(t) второго случайнол го процесса подается на входной зажим 4 узла сравнения 5. Ко входам 5ф этого узла подводятся постоянных напряжений x x,...,x от источника 6. Когда выполняется условие л

x(t) x„, на h -м выходе узла сравнения 5 появляется импульс, который задерживается на время ь элементом 7.

Иэ задержанного импульса формируется стандартный стробирующий сигнал— прямоугольный импульс с определенными длительностью и амплитудой, который йодводится к управляющему вхо- 60 ду7 -го модулятора 3, на сигнальном входе которого имеется напряжение

y(t). В момент t- подачи стробирующего сигнала на управляющий вход модулятора íà его выходе образуется 65 импульс с амплитудой, пропорциональной значению напряжения у(tj ). Так как случаи x(t)х" многократно -повторяются, то на усреднитель 8 1-го канала поступает последовательность прямоугольных импульсов, которая усредняется. По истечении некоторого интервала времени .напряжение 0Ä; на выходе i-го усреднителя пропорционально оценке ИО (y/xÄ), т.е. напряжение центрированной реализации у(t) о параллельно с подачей на модуляторы

3 поступает в квадратор 13 и после их квадратирования усредняется усреднителем 14. Выходное напряжение 0„ усреднителя 14 по истечении определенного интервала пропорционально оценке л дисперсии случайного процесса,y(t), т.е. U„<=k„<0< . Это напряжение преобраФ зуется преобразователем 15 в импульсы с периодом следования, пропорциональным напряжению 0<< . .Т = k>U >

1ф 1

1 1с 0 . Они поступают на второй вход временного селектора 11, но в счетчик 12 не проходят, пока отсутст- вует сигнал на первом входе.

Через заданный интервал времени после начала работы устройства замыкается контакт с самовозвратом 20.

Первый импульс генератора 16, поступакщий на нулевой вход триггера 19, перебрасывает триггер из положения

"0" в положение "1", в результате чего проявляется разрешающее напряжение на втором входе временного селектора 17. Это создает возможность прохождения через селектор импульсов опроса, подводимых от генератора

16 к первому входу 17, в делитель частоты 18, на управляющий вход электронного коммутатора 9 и управляющий вход преобразователя 10. Первый импульс, поступая на управляющий вход коммутатора 9, подключает к основному входу преобразователя 10 выход усреднителя 8 первого канала.

Преобразователь 10 преобразует выходное напряжение U g усреднитеЛя 8 в прямоугольный импульс, длительность

at которого пропорциональна квадра4 ту входящего напряжения 0,, т.е.

at (<40 -4

Полученный прямоугольный импульс подводится к первому входу временного селектора 11 и заполняется импульсами, поступающими на второй вход селектора 11 с преобразователя 15 .

Счетчик импульсов 12 фиксирует число

См (/хЛ т

С (0. где к= хе к.к кк k ч=у(т, +г л

Второй импульс, поступающий на управляющий вход коммутатор . 9 с селектора 17, обеспечивает подключение выхода усреднителя 8 второго канала к основному входу преобраэо851420 вателя 10, и на первый вход временноto селектора 11 подается прямоугольный импульс длительностью а, пропорциональный квадрату выходного напряжения второго усреднителя 8.

Счетчик 12 пополняется числом ;ц О Д .

))М

После завершения-oAsoro цикла, предполагающего подачу импульсов на управляющий вход коммутатора 9, в счетчик 12 будет зафиксировано число =еФ„-=.— „g (м" (v / ;Ц

I ()y 4

Для повышения точности измерения предусматривается q циклов измерений, по истечении которых сосчитанное счетчиком 12 число составит ВцА.

Тогда оценка корреляционного отноше.* . Й (((( рМ определяется из выражения

Ь М хп (,, 1

Общее количество импульсов С-nq, .подаваемых на управляющий вход коммутатора 9, равно коэффициенту пересчета С делцтеля частоты 18 (после подачи С импульсов на вход делителя на его выходе появляется импульс, возвращающий триггер 9 в положение

"0", в результате чего запирается селектор 11). Если выбрать этот коэффициент так, чтобы С=10Р/K (Р - целое число, изменяемое переключателем, который на схеме не показан), то

,„„= В 10

Таким образом, число 8, сосчитан. ное.счетчиком, дает непосредственнущ орденку измеренного корреляционного отношения (величина определяет поло жение запятой). На этом измерение при данной задержке заканчивается.

Измеренное значение корреляционного отношения подается на четвертый вход вичислительного блока 23, на первый и второй Входы которого посту. пают вычисленные значения СКО u NO случайного процесса x(t), определенные соответственно блоком 22 определения среднего квадратического отклонения и блоком 21 определения математического ожидания на основе п информации о случайном процессе х(t) поступающей со входного зажима 4 напряжения реализции этого процесса.

На третий вход вычислительного блока 23 подается величина относительной энтропийной погрешности у измерения реализации случайного процесса y{t). В блоке 23.осуществляется вычисление взаимной энтропийной погрешности Lxy, значение которой поступает на первый вход блока 24 деления. На второй вход блока 24 засылается величина коэффициента энтропийной погрешности измерения kq

Блок 24 деления определяет СКО погрешности восстановления реализации случайного процесса 9(t)+. Если реализация случайного процесса y(t) и измеряется (контролируется) непрерывно, то переключатель 25 устанавливается в положение "а" и величина

Ъ одновременно наступает на выход устройства для визуального контроля и на вход блока 30 сравнения. Блок

30 осуществляет сравнение вычисленной погрешности восстановления с допустимой Ь, и, если Ь Ь, то блок 30 подает команду на блок 31 индикации для выдачи сигнала "Да" (реализацию случайного процесса y(t) следует измерять или контролировать). случае, когда Ъ4 Ь, блок 30 ,сравнения подает команду на блок 31 индикации для выдачи сигнала "Нет" (реализацию случайного процесса x (t)

А

20 измерять или контролировать нецелесообразно).В данном случае при на;личин измеренных значений реализа.ции случайного процес а g(t) можно восстановить значения реализации случайного п (оцесса O(t), например при помощи уравнения регрессии с погрешностью, не превышающей допустимую. При таком измерении у(с) блоки 26"29 в работе устройства участия не принимают.

При дискретном измерении (контроле) случайного процесса y(t) переключатель 25 устанавливается в положение "б". Величина СКОЪф поступает не только в вычислительный блок 23, но и на вход блока 2б возведения в квадрат, с первого выхода которого величина Ь засылается на вход первого блока произведения группы 27 блоков произведения Здесь формиру40 ется величина 0,33 4, передаваемая на второй вход блока 27. На другой вход этого блока засылается со входа устройства значение интервала дискретизации - измерения случайного процесса y(t). С выхода этого блока на первый вход третьего блока группы 27 подается величина 0,33+yQ.

На другой вход третьего блока поступает с выхода коррелятора 29 1 значение параметров с6 автокорелляционной функции. Значения случайного процесса x(t) подаются на вход коррелятора 29 са входного зажима 4.

На выходе третьего блока произведе:ния, а следовательно, и на выходе

55 блока 27 фор руется величина

0,33 t)g dxQ соответствующая дисперсии погрешности интерполяции при дискретизации. Эта величина поступает на второй вход сумматора 29, на

@} первый вход которого подается с блока 24 деления через блок 2б возведения в квадрат значение b$ . В сумматоре 28 осуществляется определение суммарной дисперсии погрешности

Я восстановления by, которая через

851420 переключатель 25 подается на блок

30 сравнения для ее сравнения с допустимым значением фткр и на вход устройства для визуального контроля.

B дадьнейинГм работа блоков 30 и 31 йрсисходит аналогично работе этих блоков при непрерывном измерении случайного прбцесса y(t) .

Если дополнительно предусмотреть в схеме генератор счетных импульсов то при подключении его выхода ко второму входу временного селектора

11 (преобразователь 15 отключен) предлагаемое устройство позволяет измерять авто- и взаимнодисперсионную Функции.

Положительный эффект, который дает предлагаемое устройство, заключается в том, что оно позволяет выдать сигнал об отсутствии необходимости (измерении) одного из двух стохастически зависиьах случайных процессов не только при непрерывном измерении одного случайного процесса, но и при дискретном его измерении (контроле) . Это позволяет ликвидировать избыточные отсчеты при медленно изменяющихся случайных процессах и сделать количество каналов измерения меньше, чем число датчиков измеряемых .(контролируемых) случайных величин., Формула изобретения

Устройство для измерения коррелляционного отношения.двух случайных процессов па авт.св. 9696488, о т— л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей эа счет вычисления дисперсии погрешности восстановления, в устройство введены коррелятор, квад- . ратор, переключатель, сумматор и многовходовой блок умножения, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом квадратора> второй выход которого соединен с первым входом многовходового блока умножения, второй вход которого яв-ляется пятым входом устройства, а третий соединен с выходом коррелятора, вход которого подключен ко второму входу устройства, первый выход

20 блока деления соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с выходом сумматора, выход переключателя соединен со входом блока сравнения, второй вход

25 квадратора подключен ко второму выходу блока деления °

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Авторское свидетельство СССР

ЗО Р696488, кл, С 06 G 7/19, 1978.

ВНИИПИ Заказ 6361/70

Тираж 745 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4