Устройство для определения амплитудных характеристик случайных процессов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«»959094,ф (61) ДополнительнЪе к авт. свид-ву

РЦМ Кд з (22) Заявлено 120181 (21) 3234590/18-24 с присоединением заявки Мо

G 06 F 15/36

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (%3)УДК 681.3 (088. 8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень Hо 34

Дата опубликования описания 150982 (72) Авторы изобретения хоьВЙйсГ) (. "

Л.М. Аснин, Т.В. Иванова и К.Б.

БИБЛ К От ЯЫ 4. (7t) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области специализированных средств вычислительной техники, предназначенных для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известны устройства для определения амплитудных характеристик случайных сигналов, относящиеся к классу амплитудных анализаторов, работающих по методу дискретных выборок.

Устройства предназначены для опреде-, ления законов распределения вероятностей мгновенных значений случайных сигналов (1) и (2j.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является устройство, представляющее собой вариант распространенного одноканального аналого-цифрового анализатора распределения вероятностей мгновенных .значений сигнала, работающего по методу дискретных выборок,и содержащее следующие узлы: аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом цифрового дискриминатора, выход которого соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, содержащее также генератор импульсов опроса, выход которого соединен со вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, цифрового дискриминатора и электронно-счетного частотомера. Устройство предназначено для определения функции распределения или плотности распределения мгновенных значений сигнала, кроме того, с помощью этого устройства (исключив цифровой дискриминатор),возможно измерение математического ожидания мгновенных значений сигнала f 3 ).

Недостатком известных устройств является невозможность с их помощью оперативно ойределять такую важную характеристику, как дйсперсия мгновенных значений сигнала.

Цель изобретения — расширение

2 функциональных возможностей устройства за счет определения средних значений сигнала.

Поставленная цель достигается тет4, что в устройство, содержащее аналогОцифровой преобразователь, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов опроса, циф" ровой дискриминатор и электронно-счетный частотомер, вводятся триггер, „. элемент И и четырехполюсный трехпози959094 ционный переключатель, при этом подвижный контакт первого полюса переключателя соединен с выходом аналогоцифрового преобразователя, подвижный контакт второго полюса переключателя подключен к управляющему входу 5 цифрового дискриминатора, подвижный контакт третьего полюса переключателя соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, второй вход которого подключен к подвижно- 10 му крнтакту четвертого полюсапереключателя, первый и третий неподвижные контакты первого полюса которого соединены с первым входом элемента H u с инфОрмациОнным вхОдОм цифрОВОгО )5 дискриминатора, выход которого соединен с первым неподвижным контактом третьего полюса, с третьим неподвижным контактом четвертого полюса, с третьим неподвижным контактом второ го полюса переключателя и с единич-: ным входом триггера, нулевой вход которого подключен к выходу генератора импульсов опроса, а единичный выход соединен с вторым входом элемента И, . выход которого подключен к третьему неподвижному контакту третьего полюса переключателя, второй неподвижный контакт третьего полюса которого и второй неподвижный контакт первого полюса соединены между собой, а первый и второй неподвижные контакты четвертого полюса и первый неподвижный контакт второго полюса переключателя соединены между собой и выходом генератора импульсов опроса . 35

Измерение дисперсии мгновенных значений случайных сигналов основано на Использовании выборочной процедуры - "смещенной выборки".

Известно, что для стационарных 40 импульсных потоков имеет место соот ношение:

I где m - среднее значение числа со- 45 бытий в интервале времени ч.,,содержащем произвольно вйбранное событие, . m — среднее значение числа событий в произвольном фик- 5О сированном интервале времеИИМ;, 0(}11,)- дисперсия числа событий в произвольном фиксированном интервале времени С. 55

Учитывая, что к к где m„ — среднее значение числа событий в интервале времени Е < от произвольно выбранного события до конца интервала

, содержащего это событие, выражение (1) принимает вид

0}}1 т 7 = 2m

При аналого-цифровом преобразовании по методу дискретных выборок напряжение исследуемого сигнала х(t) в моменты времени t1 (моменты опроса) преобразуется в пропорциональное число импульсов m ..

x(t ) Cm (4)

1 1 где С вЂ” коэффициент пропорциональности (или коэффициент преобразования).

Поскольку моменты опроса следуют через равные, фиксированные интервалы времени т, можно считать, что число импульсов m„, пропорциональное напряжению сигнала в момент t — это число импульсов в интервале времени Г= t. -t, т е.

1Н и} ° a m (5)

Учитывая (4), (5), выражение (3) принимает следующий вид:, 0(Х ) = 2C m }}} -и}, (6)

У где 0(Х ) — дисперсия мгновенных значений сигнала.

В соответетвии с выражением (6) можно выделить пять операций, реализация которых позволит определять дисперсию мгновенных значений случайных сигналов: преобразование напряжения исследуемого сигнала в импульсы, число которых пропорционально значениям сигнала в моменты опроса, следующие через равные отрезки времениТ; измерение среднего числа импульсов

m в интервале времениt, отбор импульсов независимо от исследуемого сигнала, измерение среднего числа импульсов m„ в интервале времени к от отобранного импульса до конца интервала содержащего этот импульс, определение расчетным путем дисперсии мгновенных значений исследуемого сигнала по формуле (6)., На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы, поясняющие работу устройства.

Схема устройства содержит аналогоцифровой преобразователь 1, генератор 2 импульсов опроса, цифровой дискриминатор 3, электронно-счетный частотомер 4, триггер 5, элемент И 6, четырехполюсный трехпозиционный переключатель 7, контакты 8-23 переключателя.

Три позиции переключателя 7 соответствуют измерениям следующих характеристик: функция распределения вероятностей мгновенных значений сигнала) среднее значение мгновенных значений сигнала, дополнительное среднее.

В первом режиме измерений устройство работает .следующим образом.

Четыре подвижных контакта переключателя 7-8, 12, 16, 20 подключены соответственно к четырем неподвижным контактам 9, 13, 17, 21. При этом на

959094 первый вход аналого-цифрового преобразователя 1 поступает исследуемый сигнал x(t) (фиг. 2a), а на второй вход преобразователя 1 поступают импульсы с генератора импульсов опроса

2 (фиг. 26). При каждой выборке, задаваемой импульсом опроса, напряжение исследуемого сигнала x(t) преобразуется аналого-цифровым преобразователем в импульсы (фиг. 28), число щ;. которых пропорционально значению 10 сйгнала в момент t опроса, т.е.

x(t; ) = Cm„. Эти импульсы через замкнутые контакты 8, 9 поступают на первый вход цифрового дискриминатора

3, на второй вход которого через 15 замкнутые контакты 12-13 поступают импульсы опроса, каждый из которых в момент опроса t„- приводит цифровой дискриминатор в исходное положение, а именно, вводит в него число 20

Cq = Х„ (Х вЂ” данный уровень анализа). Если при i-й выборке выполняет. ся условие е . 7 q, означающее, что, поступило событие Х (й) х. то на выхо, де дискриминатора появляется импульс, который через замкнутые контакты 17 16 поступает на первый вход электронно-счетного частотомера 4 и фиксируется счетчиком частотомера. На второй вход частотомера 4 через замкнутые контакты 20-21 поступают импульсы опроса, частотомер при этом работает в режиме измерения отношения двух частот. Показание частотомера

В, равное отношению числа d импуль(сов, зарегистрированных счетчиком, к общему числу выборок Й при достаточно большом Й служит оценкой фУнкции Г, (Х) - РГХ(t) 7 Х 3. Общее число выборок Й (продолжительность анализа Т) задается с помощью делителя 40 .частоты, содержащегося внутри частотомера.

Во втором режнме измерений четыре подвижных контакта переключателя 7-8, 12, 16, 20 подключены соответственно к четырем неподвижным контактам 10, 14, 18, 22. При этом цифровой дискриминатор исключается из схемы измерений, а выход преобразователя 1 через замкнутые контакты 8-10 и 16-18 подключен к первому входу частотомера

4, второй вход которого через замкнутые контакты 20-22 подключен к выходу генератора 2 импульсов опроса.

Как и в предыдущем случае, в мо- . менты выборок t-, создаваемые импульсами генератора опроса, напряжение исследуемого сигнала преобразуется в пропорциональное число импульсов °

Импульсы (фиг. 23) с выхода преобразователя 1 поступают на первый вход 4© частотомера 4 и фиксируются счетчиком частотомера. На второй вход частотомера, работающего в режиме измерения отношения двух частот, поступа-, ют импульсы опроса. Показание часто- 55 томера В, равное отношению числа, . а; импульсов, зарегистрированных

1 Л счетчиком частотомера, к общему числу выборок Й, пропорционально среднему мгновенных значений сигнала н

Х " ; м 1

Cm

Я, . >

Й

X(t) = Cm

В третьем режиме измерений четыре подвижных контакта переключателя

7,8, 12, 16, 20 подключены соответственно к четырем неподвижным контактам 11, 15, 19, 23.

Как и в предыдущих случаях, в моменты выборок t;, создаваемые импульсами генератора опроса, напряжение исследуемого сигнала преобразуется в. пропорциональное. число импульсов. Импульсы с выхода преобразователя 1 через замкнутые контакты 8, 9 поступают на первый вход цифрового дискриминатора 3, второй вход которого через замкнутые контакты 12-15 соединен с его же выходом, т.е. в данном режиме цифровой дискриминатор 3 работает как пересчетное устройство с постоянным коэффициентом деления К. Каждый K-й импульс, поступивший на первый вход дискриминатора 3, вызывает появление импульса на его выходе и этот импульс, в свою очередь, приводит дискриминатор в исходное поЛожение. Таким образом на выходе цифрового дискриминатора 3 формируется импульсная последовательность (фиг. 22)y состоящая из так называемых импульсов, отобранных независимо от исследуемого сигнала.

Отобранный К-й импульс поступает на первый вход триггера 5 и устанавливает его в положение "1". В исходное положение "0" триггер 5 возвращает следующий за К-м импульсом импульс опроса, поступающий на второй вход триггера 5 с выхода генератора импульсов опроса. Таким образом на выходе триггера 5 формируются прямо,угольные импульсы (фиг. 2д), равные по длительности интервалам времени от отобранного импульса до конца интервала 7:, содержащего этот импульс.

Импульсы с выхода триггера 5 поступают.на первый вход логического элемента И 6, на второй вход которого через замкнутые контакты 8-11 поступают импульсы с выхода преобразователя 1. На выходе логического элемента И 6 образуются пачки (фиг.28) с числом импульсов вк. Эти импульсы через замкнутые контакты 16-19 поступают на первый вход частотомера 4, .на второй вход которого через замкнутые контакты 20-23 поступают К-е импульсы. Показание частотомера равно Вэ = 7m .

959094

По окончании измерений определяются распределение вероятностей мгновенных значений сигнала по показаниям В„ для различных значений уровня анализа, математическое ожидание или среднее мгновенных значений сигнала по показаниям В : хТс7 = СВ .; дисперсия мгновенных значений сигнала по показаниям В,, В.: 0(x(t))

2С 8 В -В

Таким образом, использование в . устройстве новых элементов — триггера, логического элемента И, переключателя — и наличие новых связей между элементами позволяет расширить функции 15 известного устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения амплитудных характеристик случайных процессов, содержащее аналого-цифровой преобразователь, первый вход которо-. го является входом устройства, а вто- 2g рой вход соединен с выходом генератора импульсов опроса, цифровой дискриминатор и электронно-счетный частотомер, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью "расширения функциональных воэможностей за.счет определения средних значений сигнала, в устройство введены триггер, элемент

И и четырехпалюсный трехпозиционный переключатель, при этом подвижный контакт первого полюса переключателя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, подвижный контакт второго полюса подключен к управляющему входу цифрового дискриминатора, подвижный контакт третьего полюса переключателя соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, второй вход которого подключен к подвижному контакту четвертого полюса переключателя, первый и третий неподвижные контакты первого полюса которого соединены с первым входом элемента И и с информационным входом цифрового дискриминатора, выход которого соединен с первым неподвижным контактом третьего полюса, с третьим неподвижным контактом четвертого полюса, с третьим неподвижным контактом второго полюса переключателя и с единичным входом триггера, нулевой вход которого подключен к выходу генератора импульсов опроса, а единичный выход соединен с вторым входом элемента

И, выход которого подключен к третье.му неподвижному контакту третьего полюса переключателя, второй неподвижный контакт третьего полюса которого и второй неподвижный контакт первого полюса соединены между собой, первый и второй неподвижные контакты четвертого полюса и первый неподвижный контакт второго полюса переключателя соединены между собой и с выходом генератора импульсов опроса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Косс Д. и Льюис П.Статистическйй: анализ последователей событий. М ., "Мир", 1969, с. 75-.76.

2. Мирский Г.Я. Аппаратурное oripeделение характеристик случайных процессов. М., "Энергия", 19 2, с. 300.

3. Там же, с. 304 (прототип).

959094

Составитель В.ФукалоВ

Редактор О.Колесникова Техред .З.Палий Корректор A ° Ãðèöåíêo

Заказ 7018/66 Тираж 731 Подписное .

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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