Устройство для определения стационарности случайного процесса

 

Союз Советских

Социалистических

Респубттик

О П И С А Н И Е (11)920742

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (til ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22)Заявлено 12 ° 05,80 (21)2922828/18-24 с присоединением заявки J4 (23) П риоритет— (5) )M. Кл.

6 06 F 15/36 йаеударстеенный коинтет

Il0 делен нзабретеннй н отхрытнй

Опубликовано 15. 04 ° 82. Бюллетень № 14

Дата опубликования описания 15. 04, 82 (5З) ДК 681 ° .3(088.8) (72) Автор изобретения

М. Е.Желудкевич

1

Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им.Ленинского комсомола (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАЦИОНАРНОСТИ

СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для исследования случайных процессов.

Известно устройство для определения стационарности случайного процесса, которое требует достаточно большого объема априорной информации для настройки фильтров и имеет сложную структуру для соответствующих преобразований выходных сигналов фильтров (13

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения стационарности случайного процесса, содержащее формирователь коэффициента разложения, выход которого подключен к первому входу пороговог элемента, второй вход которого соединен с выходом вычислителя дисперсии, интегратор текущих значений (2)Известное устройство не обеспечивает высокую точность определения стационарности случайного процесса.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Цель достигается тем, что устройство для определения стационарности случайного процесса содержит блок умножения и блок формирования выходного сигнала, при этом первый выход интегратора текущих значений через блок умножения подключен к первому входу блока формирования выходного сигнала, второй вход которого объединен со входом интегратора теку15 щих значений, с первым входом формирователя коэффициента разложения и является входом устройства, второй вход формирователя коэффи" фиента разложения соединен со вто20 рым выходом интегратора текущих значений, выход порогового элемента подключен к третьему входу блока формирования выходного сигнала, выходы

92074 которого являются выходами устройства.

Кроме того, формирователь коэффициента разложения содержит три блока умножения, сумматор и интегра- 5 тор, причем выход первого блока умножения через последовательно соединенные интегратор и второй блок умножения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого яв- 10 ляется вторым входом формирователя, выход сумматора соединен со входом третьего блока умножения выход которого является выходом формирователя, а вход первого блока умножения является первым входом формирователя.

Блок формирования выходного сигна-. ла также содержит блок умножения и два. коммутатора, при этом первые входы первого и второго коммутаторов объединены и являются третьим входом блока, второй вход первого коммутатора является первым входом блока, второй вход второго коммутатора подключен к выходу блока умножения, вход которого является вторым входом блока, выходы коммутатора являются соответствующими выходами блока.

Устройство для определения стационарности случайного процесса (фиг. 1) содержит интегратор теку40 щих значений 1, блок умножения 2, которые образуют формирователь нуцевого коэффициента разложения, блок

3 формирования выходного сигнала, формирователь коэффициента разло45 женив 4, пороговый элемент 5 и вычислитель дисперсии 6, формирователь первого коэффициента разложения в базисе нестационарных. ортонормированных полиномов Лежандра .(фиг,2) содержит блоки умножения 7,9 и 11, интегратор 8, сумматор 10. Блок 3 формирования выходного сигнала (фиг. 3) содержит коммутаторы 12 и 13 и блок умножения 14 . Использо.вание двух формирователей нулевого и первого коэффициента разложения позволяет представить оценку среднего значения соответствующего момен(г) где " — эмпирический коэффициент, определяющий требования по плотности (r 1), обеспечивает постоянство среднего значения соответствующего момента случайного процесса. Оценка среднего значения определяется выходньы сигналом нулевого фильтра (формирователя нулевого коэффициента разложения):

На фиг. 1 представлена стр1гктурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема формирователя коэффициента разложения; на фиг. 3— схема блока формирования выходного сигнала °

2 ф та случайного процесса в следующей форме:

N

+ к Ч (т) t. О Е(о,to 7 }; где M ) " среднее значение 1 к-го момента случайного процесса X (t)> при к=1, t = u оно равно среднему значению случайного процесса;

gp (С Т), „(„ 1 ) -непрерывные ортойормированные на рассматриваемом нестационарном интервале (длине реализации Т) полиномы нулевого и первого порядка.

Применение нестационарных ортонормированных полиномов (например, палиномов Лежандра) в качестве базиса ортогонального разложения позволяет определять стационарность случайного процесса на конечных отрезках.

Введение в устройство блока 3 обеспечивает фиксирование не только оценки среднего значения случайного процесса, но и его реализации на исг следуемом интервале, что требуется при дальнейшей обработке, определе- нии корреляционных функций, спектральных плотностей.и т.п. Точность оценки среднего значения, учитывая, что Я (Т) 1, определяется значением 3 „, т. е. величиной коэффициента отбрасываемого члена в выражении (1).

Если погрешность измерений (дисперсия) „ известна, то выполнение . а условия

Ик(К(0 КВ) = L«

Устройство работает следующим образом.

920

742

10 где t — момент начала регистрации процесса;

Т вЂ” длительность интервала стационарности. гс

Рассмотрим первый момент исследуемого случайного процесса.

Сигналы с выходов интеграторов l и 8 поступают соответственно на входы блока умножения 2 и 9, которые, 5 как и блоки умножения 7 и 14, включаются в работу в момент t, где

Эта задержка включения блоков определяется эмпирически, Она определяет моменты получения первой текущей оценки коэффициентов разложения ° Блоки умножения могут быть реализованы на базе функциональных усилителей или с помощью функциональных преобразователей. Выход- 35 ной сигнал формирователя нулевого коэффициента разложения (фиг.!) поступающий на вход блока умножения

14 выходного блока, определится выражением о+Т Гт

5

Исследуемый сигнал характеризующий соответствующий момент случайного процесса X(t), поступает одновременно на входы интегратора текущих значений 1, формирователя первого коэффициента разложения 4 и блока 3 (фиг, 1), В блоке 3 этот сигнал выделяется на первом выходе коммутатора 12,(фиг. 3f. Интеграторы 1 и 8 осуществляют интегрирование в соответствии с выражениями

jb+ 7

U /bye, = (X (t ) d t, to

t.à+T (4)

1 mb)„„=$t X (t) dt, to

С выхода блока умножения 14 сигнал, характеризующий среднее значение сигнала на интервале стационарности Т, выделяется на первом выходе коммутатора 13 блока 3. Выходной сигнал интегратора 8 через блок 9 поступает на вход сумматора 10, а на его другой вход поступает сигнал со второго выхода интегратора текущих значений 1. Выходной сигнал сумматора 10, пройдя блок умноже" ния ll> выделится на выходе формироватеЛя первого коэффициента разложе40

5а

6 ния 4 ° Он соответствует первому коэффициенту разложения, т.е.

KbA

13 -„,= -- (--- — 1)X(t)dt, И) а

Этот сигнал поступает на первый вход порогового элемента 5, на второй; вход которого поступает сигнал с вы« числителя дисперсии 6. Путем сравнения этих сигналов осуществляется формирование .интервалов стационарности и оценок среднего значения исследу— емого сигнала. Если условие (2) не выполняется, т.е. сигнал с выхода формирователя превышает уровень погрешности, то с порогового элемента

5 поступает сигнал на управляющий вход блока 3. В соответствии с этим сигналом коммутаторы 12 и 13 (фиг.3) подключают свои входы ко вторым выходам.

Таким образом, упрощение структуры известного устройства, введение новых элементов: блока умно,жения и выходного блока, использование„ нового ортонормированного нестационарного базиса разложения позволяет расширить область применения известного устройства, 1повысить точность определения стационарности случайного процесса, расширить его функциональные возможности.

Формула изобретения

1. Устройство для определения . стационарности случайного процесса, содержащее формирователь коэффициента разложения, выход которого подключен к первому входу порогового элемента, второй вход которого соединен с выходом вычислителя дисперсии, интегратор текущих значений, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, оно содержит блок умножения и блок формирования выходного сигнала, при этом первый выход интегратора текущих значений через блок умножения подключен к первому входу блока формирования выходного сигнала, второй вход которого объединен со входом интегратора "текущих значений, с первым входом формирователя коэффициента разложения и является

7 92074 входом устройства, второй вход формирователя коэффициента разложения соединен со вторым выходом интегратора текущих значений, выход порогового эле мента подключен к третьему входу

У блока формирования выходного сигнала, выходы которого янляются выходами устройства, 2. Устройство по п. 1, о .т. л ич а ю щ е е с я тем, что формирователь коэффициента разложения содержит три блока умножения сумматор и интегратор> причем выход первого блока умножения через последовательно соединенные интегратор и второй блок умножения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого является вторым входом формирователя, выход сумМатора соединен со входом третьего блока умножения, выход которого является выходом формирователя, а вход первого

2 8 блока умножения является первым входом формирователя.

3. Устройство по и. о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок формирования выходного сигнала содержит блок умножения и два коммутатора, при этом первые нходы первого и второго коммутаторов объединены и являются третьим входом блока., второвход первого коммутатора является первым входом блока, второй вход второго коммутатора подключен к выходу блока умножения, вход которого

1является вторым входом блока, выходы коммутаторов являются соответстнующими выходами блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 437091, кл. Q 06 F 15!36, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

В 470787, кл. Я 06 F 15/36, 1972 (прототип).

920742

Составитель Н. Волков

ТехредА,Бабинец (орректор М. Пожо

Редактор М. Дылын

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проек1ная, 4

Заказ 2345/57 Тираж 732 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий!

13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5