Устройство для определения законов распределения случайных сигналов

 

Союз Советскик

Социвлистическик респубики

С А Н И Е (9725

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 29.05.81 (21) 3290874/18-24 (51)Щ (л

G 06 G 7/ 2 с присоединением заявки .1(в (23) Приоритет

)ЪвуАарсжннвй квкятвт

66ВР ю дворам вэобрвтеикй н еткрытяй

Опубликовано 07. 11. 82. Бюллетень JA 41

Дата опубликования описания 07.11.82 (5З) Уй К 681. 3 (O88. 8) Н.З.Сафиуллин и Ш.И.Чабдаров .с

° ъ л с 4 1 Ц цуg о тгv «9 г,.

Казанский ордена Трудового Красного 31(амен(ы, авийцйой(((ый институт им, А.Н,Туполева " """М",;;: (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАКОНОВ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть исполь. эовано для определения законов распределения случайных сигналов в. радиофизике, радиотехнике и в других

5 областях, имеющих связь со случай" ными сигналами.

Известно устройство для оценки характеристик случайных процессов, содержащее коррелометры, блок деления, сумматор, фильтр, блок формирования коэфФициентов разложения, нелинейный преобразователь, блок умножения, сумматор, регистр (1 1.

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

Наиболее близким к изобретению 2о по технической сущности является устройство для получения плотности распределения и функции распределений случайных процессов, содержащее усредняющие устройства, перемножители, суммирующую схему, генератор импульсов, фильтр, хронирую-щее устройство, интегратор, индика- . тор плотности распределения, индикатор функции распределения и функциональный преобразователь, выходы которого соединены через усредняющие устройства и первые входы перемножителей с входами суммирующей схемы, выход последней соединен с первым входом индикатора плотности распределения, а также uepes интег" ратор соединен с первым входом индикатора функции распределения, выход генератора импульсов через фильтр соединен 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 преобгруппы и входом счетчика нормирования результатов, выход которого подключен к первым входам элементов И группы, входу генератора импульсов, второму входу элемента И и управляющему входу элемента ЗАПРЕТ, выходы генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов группы соединены .соответственно с вторыми входами блоков формирования модуля разности напряжений группы, выходы которых через интеграторы соединены с соответствующим входом решающего блока, каждый выход которого через счетчик группы подкпючен к второму входу соответствующего элемента И группы, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами группы перемножителей.

Кроме того, решающий блок содержит запирающие диоды, усилитель и группу каналов, каждый из которых состоит из первого эмиттерного повторителя и последовательно соединенных сумматора напряжений, усилителя и второго эмиттерного повторителя, выходы которых являются выходами блока, входы блока являются соответственно первыми входами сумматоров напряже" ний и через запирающие диоды соединены с входом усилителя, выход которого подключен к входам эмиттерных. повторителей, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами сумматоров напряжений, а усилители каналов блока имеют общий нагрузочный эммитерный резистор.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения законов распределения случайных сигналов.; на фиг. 2 - структурная схема решающего блока; на фиг. 3 - его принципиальная схема.

3 97252 раэователя подают случайный процесс

x(t), реализации которого, заранее неизвестны, а на выходах получают вполне определенные функции h„(x) и 1,N, где число и определяется числом членов аппроксимирующего ряда, а h (x) - видом базисных функций (21.

Получение из реализаций случайных процессов посредством функционального преобразователя детерминированных и вполне конкретных функцийчленов базисных функций h (õ), п=1,N является черезвычайно сложной, технически трудно реалиэауемой задачей..

Получаемые кривые распределения при 15 помощи известного устройства имеют низкое приближение к определяемой кривой исследуемого процесса, кроме того, измерение малых значений процесса сопровождается значительными р0 погрешностями. Поэтому известному устройству свойственен высокий уровень ошибок, основными источниками которых являются неточности выходных функций

Ьп(х), п=1,N функционального преоб- 25 разователя, а также конструктивная сложность.

Цель изобретения является повышение точности измерений.

Зта цель достигается тем, что в устройство, содержащее группу интег-1 раторов, группу .перемножителеи, первые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей группы соединены с вхо35 дами сумматора, выход которого подключен к входу индикатора плотности распределения и через интегратор - к входу индикатора функции распределения9 выход Генератора импульсов сое- 40 динен с входом фильтра и первым входом элемента И, выход которого через элемент задержки соединен с входами запуска индикатора плотности распределения и индикатора функции распре45 деления, дополнительно введены элемент ЗАПРЕТ, группа генераторов вспомогательного нормального случайного сигнала, группа блоков формирования модуля разности напряжений, решающий

50 блок, группа счетчиков, групва элементов И, счетчик нормирования результатов измерений, причем информационный вход элемента ЗАПРЕТ является входом устройства, à его выход соединен с входами запуска генераторов

S5 вспoèîãàòåëьных нормальных сигналов группы, с первыми входами блоков формирования модуля разности напряжений

Устройство для определения законов распределения случайных сигналов, содержит генераторы 11-1м вспомогательных нормальных случайных сигналов, блоки 2 -2м формирования модуля разности напряжения„ группу интеграторов 3 -3, решающий блок 4, счетчики 5< -5м, группу элементов

И 6 -6, перемножители 7„-7м, сумматор 8, индикатор 9 плотности распределения, интегратор 10, индикатор

11 функции распределения, элемент

12 ЗАПРЕТ, счетчик 13 нормирования результатов, генератор 14 импульсов, фильтр 15, элемент И 16 и элемент

17 задержки, время задержки которо972528

5 го равно времени задержки сигнала фильтром 15.

Р состав решающего блока входят эмиттерные повторители 18, сумматоры 19 напряжений, усилители 20, эмит- $ терные повторители 21, резистор 22, диоды 23, усилитель 24.

Решающий блок по принципиальной схеме (фиг. 3) содержит М идентичных каналов, имеющих Й входов и вы- 6 ходов, и схему выбора максимального иэ М сигналов, выполненную на транзисторе 25, диодах 26.)-26)ч и резисторах 271-27),. Выходные сигналы интеграторов 3„-3М, имеющие различные 1$ амплитуды, поступают на входы решающего устройства и, разветвляясь, одновременно подаются через резисторы 27„„-27м„ на сумматоры, выполненные йа резисторах 28„„-28„4, п=1,N, 2о и на диоды 26„-26) . Самый большой сигнал, открыв свой диод и будучи приложенным к анодам остальных диодов, одновременно все их закроет и откроет транзистор 25. При этом 2$ с его коллектора максимальный по абсолютной величине отрицательный потенциал, выделенный на резисторе

27>, одновременно откроет транзисторы 25),)-25„и, и на резисторах 28), зв

28,...,28) выделяются равные по величине отрицательные потенциалы, которые алгебраически суммируются с входными сигналами в сумматорах 28„„, 28,,28,4...,28я„,28м,28„4 каждого канала. Так как отрицательный потенциал на всех резисторах 28„,28 ...,28 равен по абсолютной величине, то результирующий отрицательный потенциал по абсолютной величине больше на реЗисторе 28„4того канала, на вход которого был приложен минимальный входной сигнал. Этот наибольший отрицательный потенциал, открыв свой транзистор 25„ на резисторе 29, который является общей эмиттерной нагрузкой всех транзисторов 25.,,25,„ ...,25м, выделит максимальный потенциал, что

:приведет к запиранию транзисторов всех каналов, кроме того, на входе которого был минимальный сигнал.

При этом потенциалы на коллекторных резисторах 28„ь, 28 ь,...,28«TpaHров 253,252> *.,25,6 выходах всех каналов 301,30 . ° .,30))1 > .$$ кроме канала, имеющего минимальный ю сигнал на входе, равны нулю. Следовательно, только на выходе канала,, имеющего минимальный входной сигнал, ° появляется сигнал, что регистрируется счетчиком этого канала.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы каждого генератора 1„ - 1и вспомогательного нормального случайного сигнала, синхронизованные по запуску с исследуемым случайным сигналом, поступают на первые входы блоков 2 -2 формирования модуля разности своего канала, а на вторые входы всех блоков формирования модуля разности через элемент 12 ЗА-.

ПРЕТ поступает исследуемый случайный сигнал. В блоках формирования моду»

JlR разности реализации соответств)ющих генераторов вспомогательных случайных сигналов вычитаются из реализаций исследуемого случайного сигнала и от полученной разности вычисляется модуль. Выходные сигналы блоков формирования модуля разности поступают на входы интеграторов 3 -3ц сво1.ы их каналов и накапливаются за время " длительности исследуемого сигнала.

С максимальной вероятностью наименьший сигнал будет накоплен в интеграторе того канала, реализация генера" тора вспомогательного нормального случайного сигнала в котором соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого сигнала. После окончания реализации исследуемого сигнала, накопленные в интеграторах 34-3„ сиг" налы поступают на входы решающего блока 4, где сигналы сравниваются между собой по .амплитуде и выделяется канал с минимальнь)м сигналом, что регистрируется счетчиком того канала, реализация канального генератора вспомогательного нормального случайного сигнала которого соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого сигнала.

В результате такого анализа над реализациями исследуемого сигнал счетчики 5„ 5)I зарегистрируют

12,...,1)4 количество реализаций ис-. следуемого сигнала Х(т.), совпадающих по величине или максимально сходных с реализациями генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов x„(t), п=I,М.Таким образом, предлагаемое устройство всю совокуп" ность 1 реализаций исследуемого про" цесса разделяет на М подсовокупностей, законы распределения которых соответствуют по вероятности законам распределения соответствующих генерато972528

Формула изобретения ров вспомогательных нормальных случайных сигналов. Вероятности определяются следующим образом. Общее количество реализации исследуемого про-, цесса считывается счетчиком 13 норми- % рования результатов (его коэффициент пересчета устанавливается заранее).

При перевыполнении счетчика 13 нормирования результатов с его выхода подается сигнал на управляющий вход >0 элемента 12 ЗАПРЕТ и далее на ее выход исследуемый случайный сигнал не подается, при этом на вторые входы блоков элементов И 6,-6м группы поступает сигнал с выхода счетчика нор- 1З мирования результатов, и списываются нормированные показания счетчиков 5q -5м, которые представляют сои бой вероятности с = —, n-=1 М разде- ленных подсовокупностей °

Условия регистрации кривых плотности и функции распределений тре буют, 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 подсовокупности исследуемого процесса представляются в вМде функции времени, которые формируются фильтром 15. При переполнении счетчика нормирования результатов

13, его выходным сигналом запуска- 35 ется генератор 14 импульсов, вырабатывающий единичные импульсы d (t).

Фильтр 15 при подаче на его вход единичных импульсов дает импульсные отклики Я„(t), п=1,N, Импульсные 10 отклики фильтра 15 W„(t) зависят от времени также, как и плотности распределения разделенных подсовокупностей — от х. Импульсные отклики фильтра 15 перемножаются с вероят- 4s ностями ц„, т.е,. выходными сигналами элементов И 6.1-6 в перемножителях 7„ -7 . Выходные сигналы перемножителей суммируются в сумматоре 8. Сигналы с его выхода подают- у> ся на первый вход индикатора 9 плотности распределения, и этот сигнал одновременно интегрируется интегратором 10, с выхода которого интегрированный сигнал подается на первый вход индикатора 11 функции распределения. На вторые входы индикатора 9 кривой плотности распределения и индикатора 11 функции распределения

8 подаются сигналы синхронизации через элемент И 16 и элемент 17 задержки со счетчика 13 нормирования результатов и генератора импульсов, Таким образом, на индикаторах кривой плотности распределения и функции распределения синтезируются плотность распределения и функция распределения исследуемого сигнала, состоящего .иэ и подсовокупностей, опи,сываемых смесями нормальных плотностей и Функций распределений и N

ЮЬ)=2: „а„(Ц, с „,О, . „=1; и Ф и — п ®п(п и() п= n=1 и с4ъО Е- q, j°. и-з1

Введение в устройство элемента

ЗАПРЕТ, блоков формирования модулей разности группы интеграторов, решающего устройства, генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов позволит представить кривую функции распределения в виде взвешенной суммы нормальных плотностей распределения и кривую функции распределения взвешенной суммой нормальных функций распределения, т,е. в виде смеси нормальных распределений.

При этом каждая компонента W>(t) или Г„(х) имеет теоретико-вероятностный смысл, что позволит значительно повысить точность определения кривых плотностей и функции распределения исследуемого сигнала.

1. Устройство для определения законов распределения случайных сигналов, содержащее группу интеграторов, группу перемножителей, первые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей 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 распре9725 деления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержит элемент ЗАПРЕТ, группу блоков формирования модуля разности напряжения, решающий блок, группу генераторов вспомогательных случайных нормальных сигналов, группу счетчиков, группу элементов И, счетчик нормирования результатов измерений, причем информационный вход !О элемента ЗАПРЕТ является входом устройства, а его выход соединен с входом запуска генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов группы, первыми входами блоков форми- 1 рования модуля разности напряжений группы и входом счетчика нормирования результатов, выход которого подключен к первым входам элементов И группы, входу генератора импульсов, 2О второму входу элемента И и управляющему входу элемента ЗАПРЕТ, выходы генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов группы соединены соответственно с вторыми вхо- 25 дами блоков формирования модуля разности напряжений группы, входы которых через интеграторы соединены с соответствующим входом решающего блока, каждый выход которого через ЗО счетчик группы подключен к второму ,входу соответствующего элемента И

28 10 группы, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами группы перемножителей.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что решающий блок содержит запирающие диоды, усилитель и группу каналов, каждый из которых состоит из первого эмиттерного повторителя и последовательно соединенных сумматора напряжений, усилителя и второго эмиттерного повторителя, выходы которых являются выходами блока, входы блока являются соответственно первыми входами сумматоров напряжений и через запирающие диоды соединены с входом усилителя, выход которого подключен к входам эмиттерных повторителей, выходы которых соединены соответствен но с вторыми входами сумм.-..оров напряжений, а усилители каналов имеют общий нагрузочный змиттерный резистор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР 515>16, кл. G 06 G 7/12, 1975.

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

972528

Составитель В.фукалов

Редактор Л. Гратилло Техред Е, Харитончик Корректор "° Буряк

Заказ 519 2 Тираж 731 Пбдли сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35; Рауаская наб., д, 4/5 филиал ППП Патент, r, Ужгород, ул. Проектная,