Устройство для определения законов распределения случайных процессов

 

Н. 3. Сафиуллин и Ш. И. Чабдаров (72) Авторы иэобретеиия ф: / °

Казанский ордена Трудового Красного Замени = «Я:1f .,;„ 1л авиационный институт им. C.. Н. Туполева БЯ„.,,„. !

t7I ) Заявитель. (5Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОНОВ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к вычисли тельной технике и может быть использовано для определения законов распределения случайных процессов в радйофизике, радиотехнике и в других областях, имеющих связь со случайны- . ми процессами.

Известно устройство, содержащее коррелометры, блок деления, суммзтор, фильтр, блок формирования.коэффициентов разложения, нелинейный преобразователь, блок умножения, сумматор, регистр fl ).

Однако данное устройство характеризуется сложной конструкцией и имеет низкую точность измерения, поскольку очень трудно реализовать нелинейный преобразователь.

Наиболее близким к изобретению по .технической сущности. является устройство для получения плотности распределения и функции распределения случайных процессов, содержащее усредняющие устройства., перемножители, сумми" рующую схему,. генератор импульсов, филь р, хронирующее устройство, интегратор, индикатор плотности распределения, индикатор функции распределения и функциональный преобразователь, выходы которого соединены через усредняющее устройство и первые входы перемножителей с входами суммирующей схемы, выход последней соединен с пер1о вым входом индикатора плотности распределения, а также через интегратор соединен с первым входом индикатора функции распределения, выход генератора импульсов через фильтр соединен

IS с вторыми входами перемножителей, а . также через хронирующее устройство соединен с вторыми входами индикатора .плотности распределения и индикатора функции распределения.

При определении функции распределения на вход функционального преоб-, разователя подают случайный процесс х(t), реализации которого заранее не.известны, а на выходах получают вползе и

3 97252 неопределенные функции hz (x), n 1, N, где число N определяется числом членов аппроксимирующеro ряда, à h„(х) -. видом базисных функций (2 3.

Получение из реализаций случайных процессов посредством функционального преобразователя детерминированных и вполне конкретных функций - элементов базисных функций h (xi, и 1,N является черезвычайно сложной, технически трудно реализуемой задачей. Получаемые кривые распределений при помощи данного устройства дают низкое приближение к определяемой кривой исследуемого процесса, кроме того, измерение малых значений исследуемого процесса сопровождается значительными погрешностями. Поэтому известному устройству свойственен высокий уровень ошибок, основными источниками которых являют" в ся неточности выходных функций Ь„(х), n=l М функционального преобразователя, а также конструктивная сложность.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее группу интеграторов, первую группу перемножителей, первые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей первой группы соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу индикатора плотности распределения и через интегратор - к входу индикатора функции распределения, выход генератора импульсов соединен с входом фильтра и первым входом элемента И, выход которого через элемент задержки соединен с входами запуска индикатора плотности распределения и индикатора функции рас" пределения, дополнительно введены счетчик нормирования результатов, вторая группа перемножителей, решающий блок, группа счетчиков, группа элементов И и блок генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, выходы которого соединены соответственно с первыми входами перемножителей второй группы, выходы которых через интеграторы соединены соответст" венно с входами решающего блока, выходы которого подключены соответственно к входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с входом генератора импульсов, вторым входом элемента И и выходом счетчика нор7 ф мирования результатов, выходы элементов И группы подключены соответственно к первым входам перемножителей пер вой группы, а вход счетчика нормирова. ния результатов соединен с вторыми входами перемножителей второй группы, входом блока генераторов вспомогатель ных нормальных случайных сигналов и входом устройства.

Кроме того, решающий блок содержит группу каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и эмиттерного повторителя, входы усилителей являются входами блока, выходы эмиттерных повторителейвыходами блока, а эмиттеры усилителей всех каналов соединены с одним выводом резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства для определения законов распределения случайных процессов1 на фиг. 2 - структурная схема решающего блока; на фиг. 3 - то же, принципи альная схема.

Устройство для определения законов распределения случайных процессов со" держит блок 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, элемент 2 задержки, группу перемножителей 3 -3м, группу интеграторов 4„4ь, решающий блок 5, счетчики 6 -6, элементы И 7„ -7, группу переменожителей 8 -8, сумматор 9 -9, интегратор 10, индикатор 11 функции распределения, индикатор 12 плотности, распределения, счетчик 13 нормирования результатов, генератор 14 импульсов, фильтр 15, элемент И 16.

В состав решающего блока входят усилители 17, эмиттерные повторители

18 и резистор 19.

Решающий блок; принципиальная схема которого приведена на фиг. 3, состоит из N идентичных каналов, имеет

М входов и М выходов.

При поступлении сигналов с различной амплитудой с выходов элементов 2„2N задержки на входы Вх, Вх,, ВхМ решающего блока на резисторе 20, который является общей эмиттерной нагрузкой всех транзисторов 21<<-21м, выделяется максимальный сигнал. Поэтому потенциалы на всех эмиттерных транзисторах 21,1.1-21 „ равны величине максимального сигнала, что приведет к запиранию всех транзисторов, кроме того, на входе сигнал максимален. При этом потенциалы на коллекторных резисторах! реализаций исследуемого процесса разделяет на N подсовокупности, законы распределения которых соответствуют законам распределения соответствующих генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов Ыл(х),п=

=1,N.

Общее количество реализаций I исследуемого процесса считывается счетчиком I3 нормирования результатов. При переполнении счетчика 13 (его коэф:рициент пересчета устанавливается заранее) группой элементов И 7 -7м спис::ваются нормированные показания счетчиков 61-6ж, которые представляют соЪп бой вероятности n - " г,=1,Б разделен-"й - -! ных подсовокупностей.

Условия регистрации кривых плотное" ти и функции распределения требуют, " чтобы они были функциями времени. Следовательно, для аппаратурного определения кривые плотности и функции распределения должны быть представлены в виде функции времени. Поэтому плотности и функции распределения подсо" вокупности исследуемого процесса пред-"ставляются в виде функции времени. При переполнении счетчика 13 нормирования результатов на его выходе появляется сигнал, с которого запускается гене" ратор 14 импульсов, вырабатывающий единичные импульсы с (t). Фильтр 15 при подаче на его вход единичных импульсов дает импульсные. отклики W„(t), n=l,N. Импульсные отклики фильтра 15

W„(t), n=l,N зависят от времени так же, как и плотности распределения разделенных подсовокупностей — от х.Импульсные отклики фильтра 15 перемножаются с нормированными значениями выходных сигналов группы элементов М

7„ -7н в перемножителях 81-8 . Выход" ные сигналы перемножителей суммируются в сумматоре 9. Сигнал с его выхода подается на первый вход индикатора

12 плотности распределения, а также этот сигнал одновременно интегрируется инте" гратором 10, с выхода которого интегрированный сигнал подается на первый вход индикатора 11 функции распреде" ления. На вторые входы индикаторов подаются сигналы синхронизации с выхода элемента 2 задержки- от счетчика 13

5 97252

22„-22 !2транэисторов 23, 23gg, ° ° °, 23, т. е. на выходах всех каналов

Вых, Вых,, Выход, кроме канала, имеющего максимальный сигнал на входе, равны нулю. Следовательно, только э на выходе канала, имеющего максимальный входной сигнал., появляется сигнал, что регистрируется счетчиком этого канала процессов.

Входы Bx„, Вх,, Вх ч решающего устройства подключены к базам транзисторов 21, 21 „., 21м„, эмиттеры которых соединены между собой и через резистор 20 подключены к минусовой шине источника 24 питания. Базы транэис-!> торов 23, 23 ... 23 1 соединены с коллекторами транзисторов 21«, 21 „, ° . 21м1и через резисторы 25<1, 25<<

25!.!с плюсовой шиной источника 24 питания. Эмиттеры транзисторов 23„, 20

23,, 23ьпсоединены с положительной шиной источника питания, а их коллекторы соединены с выходами Вых,.Вых, Выход решающего устройств<. и через резистор 22«, 222, ..., 22 подключе-» ны к минусовой шине источника питания.

Устройство работает следующим образомм.

Сигналы с каждого выхода блока 1 генераторов вспомогательных нормальных 30 .случайных процессов, синхронизированные по запуску с исследуемым случай:ным процессом, поступают на первые входы перемножителей 31-3!,!, где реализация исследуемого процесса перемножается с реализацией каждого вспомогательного случайного процесса, -выходные сигналы перемножителей поступают на входы интеграторов 41-4м своих каналов и накапливаются за время длитель- о ности исследуемого процесса. Очевидно, что с максимальной вероятностью наибольший сигнал будет накоплен в интеграторе того канала, форма реализации генератора вспомогательного нормального процесса в котором соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого процесса. После окончании реализации исследуемого процесса накопленные е интеграторах сигналы поступают на входы решающего блока 5, где сигналы сравниваются между собой по величине и выделяется канал с максимальным сигналом, что регистрируется счетчиком канала, В результате такого анализа над реализациями исследуемого процесса

x(t) счетчики 6 -би зарегистрируют I<, I,, 1 реализаций исследуемого

Ъ процесса х \ с ), совпадающих или максимально сходных с реализациями генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов x„(t) п=1,й. Таким образом, устройство всю совокупность

972527 нормирования результатов ж rOHepaTO" ра 14 импульсов.

Таким образом, на индикаторах кривой плотности распределения и функции распределения синтезируются плотность % распределения и функция распределения . исследуемого сигнала, .состоящего из подсовокупностей, описываемых смесями нормальных плотностей распределе н

1О и — Q V4 (t ) п ЪО, E. =1;

f4 l4

F(4)= M Ч,„а„(МЖ= Mq„е„(ц и п=1 п=1

t .М

%п7/О Е Ч,„=4. и= 1

8ведение в устройство счетчика нормирования результатов, группы последо.36 вательно соединенных перемножителей и интеграторов, решающего блока, счетчиков, группы элементов И и блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов позволяет предста-33 вить функцию распределения в виде взвешенной суммы нормальных плотностей распределения, т. е. в виде смеси нормальных распределений. При этом каждая компонента W<(x) или F„(x) имеет 30 теоретико-вероятностный смысл что позволяет значительно повь1сить точность определения .плотности и функции . распределения исследуемого процесса.

Формула изобретения 33

1. Устройство для определения законов распределения случайных процессов, содержащее группу интеграторов, первую группу перемножителей, первые входы которых соединены соответственно с 6 выходами фильтра, выходы перемножителей первой группы соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу индикатора плотности распределения и через интегратор †. к входу индикатора функции распределения, выход генератора импульсов соединен с входом фильтра.и первым входом элемента И, выход которого через элемент задержки соединен с входами запуска индикатора плотности распределения и индикатора функции распределения, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно со, держит счетчик нормирования результатов, вторую rpynny перемножителей и решающий блок, группу счетчиков, группу элементов И и блок генераторов вспомогательных случайных нормальных процессов, выходы которого соединены cod ответственно с первыми входами перемножителей второй группы, выходы которых через интеграторы соединены соответственно с. входами решающего блока, выходы которого подключены соответственно к входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с входом генератора импульсов, вторым входом элемента И и выходом счетчика нормирования результатов, выходы элементов И группы подключены соответственно к первым входам перемножителей первой группы, а вход счетчика нормирования результатов соединен с вторы" ми входами перемножителей второй группы, входом блока генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов и входом устройства.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что решающий Елок содержит группу каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и эмиттерного повторителя, входы усилителей являются входами блока, выходы эмиттерных повторителей — выходами блока, а эмиттеры усилителей всех каналов соединены с одним выводом резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 515116, кл. G 06 F 15/36, 1974.

2. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. M., "Энергия", 1972, с. 333 (прототип).

972527

Составител B. Фукалов

Редактор Л. Гратилло Техред Е.Харитончик Корректор Н. 6уряк

Заказ 8519/42 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