Устройство для определения временных характеристик случайных процессов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<и1983724 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 03.04.80 (21) 2928418/18-24

f51) M Кл з

G 06 G 7/52 с присоединением заявки ¹ —, Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 231282 Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 23. 12. 82 (53)УДК б81.3 (088. 8) I

-у (72) Автор изобретения

Т. В. Иванова(7! ) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕИЕННЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАИНЫХ ПРОЦЕССОВ й

Изобретение относится к специали зированным средствам, вычислительной техники,, предназначенным для аппаратурного определения характеристик

5 случайных процессов.

Известно устройство для измерения временных характеристик случайных процессов, относящееся к классу временных статистических анализаторов, содержащее формирователи, преобразователь интервал — число, счетчики импульсов, триггер (1 ).

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для измерения временных характеристик случайных процессов, представляющее собой вариант наиболее распространенного временного многоканального анализатора, дополненного схемой формирования интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов "Обратное время возвращения" и интервалов "Прямое время возвращения", при этом "Прямое время возвращения „ определяется как длина интервала времени от фиксированного момента йо, выбранного произвольно — беэ учета какой-либо информации об излучаемом случайном процессе до ближайшего следующего пересе- 30 чения. "Обратное время возвращения" определяется как длина интервала оор

1В Н времени, измеренного назад от момента t до последнего момента пересечения, предшествующего моменту

Устройство позволяет измерять следующие характеристики случайных процессов: распределение длительностей выбросов (провалов, пересечениЯ), длительностей интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов

"Обратное время возвращения" и интервалов "Прямое время возвращения".

Устройство содержит формирователь выбросов, формирователь прямоугольных импульсов, преобразователь интервал число, адресный счетчик, и-выходовый дешифратор, п логических элементов и и счетчиков импульсов, первую и вторую дифференцирующие цепи, эяемент задержки, генератор импульсов заполнения, (и+1)-й элемент И, селектор импульсов, триггер с раздельным запуском, переключатель режима работ 2).

Недостатком известного устройства является невозможность измерения такой важной характеристики как функция корреляции длительностей выбросов случайных процессов.

9837

Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей устройства за счет определения функции корреляции длительностей выбросов.

Поставленная цель достигается тем, 5 что устройство для определения вре,менных характеристик случайных процессов, содержащее переключатель режима работ, состоящий из трех групп контактов, адресный счетчик, вход 1р сброса которого соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, а разрядные выходы через дешифратор подключены к первым входам элементов

И группы, выходы которых соединены с соответствующими счетчиками импульсов, а вторые входы элементов И группы объединены и подключены к выходу второй дифференцирующей цепи, формирователь выбросов, вход которого является входом устройства, а выход через формирователь прямоугольных импульсов соединен с входами преобра.зователя интервал - число, элемента задержки, первыми входами триггера и элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов заполнения, а выход соединен .с входом селектора импульсов, выход которого подключен к второму входу триггера, содержит дополнительный ЗО триггер, дополнительный элемент И, элемент ИЛИ, дополнительные счетчи" ки импульсов,, при этом каждая группа контактов переключателя режима работ состоит из пяти неподвижных и одного 35 пбдвижного контактов, выход преобразователя интервал - число соединен с входом первого дополнительного счетчика импульсов, с пятым неподвижным контактом третьей группы и с четырьмя4О неподвижными кОнтактами первой группы контактов переключателя режима работ; подвижный контакт которой соединен со счетным входом адресного счетчика, выход которого подключен к второму дополнительному счетчику импульсов, пятому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя режима работ и первому входу дополнительного триггера, выход которого соединен с первыми входами дополнительного элемента И и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного элемента ° È, второй вход которого соединен с первым входом триггера, второй вход дополнительного триггера подключен к выходу селектора импульсов, к четвертому неподвижному и третьему неподвижному контактам соответственно второй и третьей группы 6О контактов переключателя режима работ, второй и четвертый неподвижные контакты третьей группы контактов переключателя режима работ объединены и соединены с выходом триггера, первый под- 65

24 4 вижный контакт этой группы соединен с входом второй дифференцирующей цепи, а первый неподвижный контакт третьей группы контактов объединен с третьим неподвижным контактом вто» рой группы контактов переключателя уежима работ и соединен с входом третьего дополнительного счетчика импульсов и выходом формирователя прямоугольных импульсов, первый и . второй неподвижные контакты второй группы контактов объединены и подключены к выходу элемента задержки, подвижный контакт второй группы контактов соединен с входом первой дифФеренцирующей цепи, а дятый неподвижный контакт первой группы контактов переключателя режима работ подключен к выходу элемента ИЛИ.

Известно, что для стационарных эргодических процессов имеет место соотношение

DCx3

"EL,.)=MEx3 1+ р; (ч=одт,...),(q>.М (.x3 .де М («3 — математическое ожидание длительности произвольного выброса;

9 (х ) - дисперсия длительности произвольного выброса;

M(L;) — математическое ожидание длительности i-ro выброса, следующего эа выбросом, содержащим заданный момент времени t, p; - коэффициент корреляции длительностей двух выбросов с опаздыванием i.

После несложных преобразований соотношение (1) принимает вид

М 4;)- МСх) (=о,1,a,...), (a> где М f 40)- математическое, ожидание длитель ности выброса, содержащего заданный (но произвольный) момент времени или с учетом того, что t. о3 = *+() > где М Ф) — математическое ожидание длительности промежутка времени от момента пропавшего внутрь выброса до конца этого выброса.

При определении корреляционной функцйи случайной эргодической последовательности выбросов по одной реализации формула (3) принимает вид

С;-х (а=0,1Ле".) у (4 )

2%- X

983724 где % - среднее значение длительностей всех выбросов;

4 — среднее .значение длительностей промежутков времени между моментами времени 5 йк(К = 1, 2, ...), выбранным независимо от исследуемого сигнала и попавшими внутрьвыбросов, и концом соответствующих выбросов (или среднее значение длительностей интервалбв "Прямое время возвращения"), Ь; ---среднее значение длительностей i-х выбросов, следующих 15 за выбросами, содержащими моменты времени t<.

Таким образом, измерение корреляционной функции длительностей выбросов случайных процессов можно осу- 2О ществить реализацией следующих опе- . раций: измерение средней длительности всех выбросов (величина Х); формирование последовательности стробирующих импульсов (в моменты времени t ) 25 измерение средней длительности интервалов "Прямое время возвращения" (величина И);. измерение средней длительности i-ых выбросов, следующих за интервалами "Прямое время возвраще- 30 ния" (величина 4); определение значений корреляционной функции по формуле (3) .

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства на фнг. 2 35 и 3 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Устройство содержит формирователь

1 выбросов, формирователь 2 прямоугольных импульсов, преобразователь

3 интервал-число, адресный счетчик 4, дешифратор 5, группу элементов .И

6„ -6д, и счетчиков импульсов 7„ -7„, две днфференцирующих цепи 8 и 9, элемент 10 задержки, генератор 11 импульсов заполнения, элемент И 12, селектор 13 импульсов, два триггера 14 и 15 (с раздельным запуском), дополнительный элемент И 16, элемент

ИЛИ 17, три дополнительных счетчика

1820 импульсов, переключатель 21 режима работ, индексами 22-39 обозначены контакты переключателя.

Принцип работы описываемого устройства заключается в следующем .

Пять положений переключателя 21 соответствуют измерениям следующих .характеристик случайных процессов: распределение длительностей выбросов (провалов, пересечений), длителbHoGтей интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов "Обратное время возвращения", интервалов "Прямое время возвращения", а также функция корреляции длительностей выбро-, сов случайных процессов. 6S

Ф

В первых четырех режимах измерений устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал поступает на вход формирователя 1 выбросов. В последнем установлен заданный порог, относительно которого формируются им,пульсы, длительности которых равны длительностям выбросов.

Импульсы .с выхода формирователя 1 выбросов подаются на вход формирова- . теля 2, который в зависимости от типа измеряембго интервала формирует .прямоугольные импульсы,,длительностью равной, соответственно, длительностям выбросов, провалов или пересечений.

Прямоугольный импульс длитель- ° ностью ; с выхода формирователя 2 поступает на вход преобразователя 3 интервал — число ипреобразуется в па- кет импульсов, число m; которых пропорционально Y» . Полученный пакет импульсов подается через контакты переключателя 21 на основной вход адресного счетчика 4.

Предварительно на вход сбора адресного счетчика 4 поступает с выхода дифференцирующей цепи 8 короткий импульс, соответствующий спаду импульса, поступающего на вход дифференцнрующей цепи 8, приводящий счетчик 4 в исходное состояние.

Число, зафиксированное в.адресном счетчике 4, пропорциональное длительности ь;, параллельным кодом подается на n — выходовый дешифратор 5 и определяет появление напряжения на соответствующем данному числу i. выходе дешифратора.

Выходи и- âíõîäoâîão дйаифратора

5 соединены с первыми входами группы элементов И 6 -.6 „, и напряжение на выходе дешифратора 5 служит разрешаюшим для i-го элемента И. На вторые входы элементов И поступает с выхода дифференцирующей цепи 9 короткий импульс, который соответствует спаду импульса, поступающего на вход дифференцирующей цепи 9, и совпадает с концом временного интервала, подлежащего измерению. Этот короткий импульс (импульс считывания) проходит на выход элемента И 6;, поскольку только на него подано разрешающее напряжение. Выходы элементов И 6 -6Ä группы соединены со входами счетчиков импульсов 7 -7„, и импульс с выхода элемента Й 6; поступает соответственно на вход счетчика 7» импульсов.

Таким образом происходит регистрация поступившего импульса соответственно его длительности в одном из и счетчиков импульсов.

При этом регистрируется длительность временного интервала между

983724 импульсом сброса и импульсом считывания. Положение переключателя 21 определяет выбор импульсных последовательностей, служащих командами

"Сброс" и "Считывание".

При измерении распределения длительностей выбросов (провалов, пере-. сечений) контакт 28 замкнут на кон такт 33, а контакт 34 - на контакт 39.

При этом с выхода формирователя

2 импульсы через элемент 10 задерж, ки и контакты 28 и 33 подаются на вход дифференцирующей цепи 8, которая формирует сигнал "Сброс".

Эти же импульсы с выхода формирователя 2, но не задержанные, через контакты 34 и 39 подаются на вход дифференцирующей цепи 9, которая формирует сигнал "Считывание". При этом измеряются длительности всех без исключения импульсов, заключенных между импульсом "Сброс" и импульсом "Считывание".

При измерении распределения длительностей интервалов, содержащих заданный момент времени, контакт 29 замкнут на контакт 33., а контак 35 на контакт 39.. При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются импульсы с выхода формирователя 2 через элемент 10 задержки и контакты 29 и 33, а на вход дифференцирующей цепи 9 — импульсы, сформированные триггером 14 с раздельным запуском, при этом пуск триггера осуществляется стробирующим импульсом, поступающим на первый вход триггера 14 с выхода селектора 13 импульсов, Стробирующие импульсы формируются следующим образом. С выхода генератора

11 импульсов заполнения импульсы поступают на первый вход элемента

И 12, на второй вход которого подаются импульсы с выхода формирователя 2.

Таким образом, импульсы,длительности которых ранны длительностям временных интервалов - выбросов (провалов или пересечений), заполняются короткими импульсами, и пачки этих импульсов (фиг. 2в) с выхода элемента И 12 подаются на вход селектора

13 импульсов, на выход которого проходит лишь каждый К-й короткий импульс (фиг. 2г), являющийся стробирующим. б

Остановка триггера 14 осуществля. ется спадом прямоугольного импульса, поступающего с выхода формирователя

2 на второй вход триггера 14, в .который попал стробирующий импульс. С выхода дифференцирующей цепи 9 на входы группы элементов Gq -6 подается короткий импульс (считывания) в момент, соответствующий концу интервала, в который попал стробирующий импульс. При этом измеряются длительность лишь тех временных интервалов, в которые попадают стобирующие импульсы (фиг. 2д).

При измерении распределения длительностей интервалов "Обратное время возвращения" контакт 30 замкнут на контакт 33, а контакт 36 — на контакт 39. При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются импульсы с формирователя 2, а на вход диффеIO ренцирующей цепи 9 — с выхода селектора 13 импульсов, т.е. стробирующие импульсы в данном режиме являются считывающими. При этом измеряется временной интервал от начала выброса

15 (провала или пересечения) до стробирующего импульса (фиг. 2е).

При измерении распределения длительностей интервалов "Прямое время возвращения" контакт 31 замкнут

2р на контакт 33, а контакт 37 — на контакт 39. При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются стробирующие импульсы с выхода селектора 13 импульсов„ служащие в этом режиме сброу5 совыми, а на вход дифференцирующей цепи 9 — импульсы с выхода триггера 14. При этом измеряется временной интервал от стробирующего импульса до конца выброса (провала, 30 пересечения) (фиг. 2ж).

По окончании интервала измерений счетчик i-ro канала будет показывать число h общее число импульсов по

И всем каналам ) ;. Оценка плотности

t -=1 (распределения длительностей выбросов определяется выражением

1 1

P(nt-)=—

4 .

40 Е:ъ;

1=1

В пятом режиме измерений попарно соединены следующие контакты переключателя 21г 26 и 27, 32 и 33, 38 и 39.

g5 устройство при этом работает следующим образом.

В этом режиме так же, как и в описанных режимах, формируется серия стробирующих импульсов, которая сниО мается с выхода селектора 13 импульсов. Стробирующий импульс подается на вход триггера 15 и запускает его.

Сигнал с выхода триггера через элемент ИЛИ 17 и контакты переключателя

26 и 27 поступает на вход адресного счетчика 4 и записывает в нем число

"1". При этом на первом выходе дешифратора 5 появляется разрешающее напряжение, подающее на первый из и элементов И 61, группы.

60 На вторые входы и элементов И б„6 через контакты 38 и 39 и дифференцирующую цепь 9 поступают пачки импульсов с выхода преобразователя 3 интервал — число. При подаче на пер65 вый вход элемента И б разрешающего

983724 напряжения, импульсы с выхода преобразователя 3 начинают проходить на выход элемента И 6 и фиксироваться в счетчике 7 импульсов.

Одновременно сигнал с выхода триг-! гера 15 поступает на первый вход элемента И 16 и разрешает прбхождение ,импульсов с выхода формирователя 2, которые поступают на второй вход элемента И 16. Импульсы проходят на выход элемента .и 16 и далее через элемент И 17 и контакты 26 и 27 на вход адресного счетчика 4 ° Первый импульс, следующий эа стробирующим, запишет в адресном счетчике 4 число

"2", и соответственно разрешающее напряжение появится на втором выходе .и-выходового дешифратора 5. При этом импульсы с выхода преобразователя 3 начинают поступать через второй иэ и элементов И 6 на вход второго иэ и счетчиков импульсов 7 и так далее: (n-1)-й импульс, следующий эа стробирующим, поступившим на вход адресного счетчика, запишет в нем число и и разрешит прохождение им. пульсов с выхода преобразователя 3 в счетчик 7„ импульсов, и-ый импульс, поступивший на вход адресного счетчика 4, проходит на его дополнительный выход и далее на второй вход триггера с раздельным запуском и через контакты 32 и 33 и дифференцирующую цепь 8 на сбросовый вход адресного счетчика 4, переводя их в исходные состояния. При этом прекращается поступление импульсов на вход адресного счетчика 4. Этот цикл бу.дет повторяться c ïîñòóïëåíèåì каждого стообируюшего импульса. При этом число циклов Фиксирует счетчик

20 импульсов.

На диаграмме (фиг. 3) приведены следующие серии импульсов: a - -импульсы с выхода Формирователя прямоугольных импульсов 2, 6 — пакеты импульсов с выхода преобразователя интервал-число 3, B - стробирующие импульсы, ъ - импульсы с выхода триггера 15 с раздельным запуском, д — з— пакеты импульсов, регистрируемые соответственно первым, вторым, третьим и и-м счетчиками импульсов..

Таким образом, i-й из и счетчиков импульсов регистрирует суммарную длительность (i- 1)-х выбросов, следующих эа выбросами, содержащими стробирующие выбросы, а первый из и счетчиков импульсов регистрирует суммарную длительность интервалов "Прямое время возвращения".

Общее число выбросов регистрирует счетчик 18 импульсов, подключенный на выход формирователя 2 прямоугольных выбросов, а счетчик 19 импульсов, подключенный на выход преобразователя 3, регистрирует суммарную длительность всех выбросов.

По показаниям счетчиков импульсов

7„ -7„, 18, 19 и 20 можно определить значение х, м/, ь ;, а при подстановке их в формулу (4) после несложных преобразований получим

Ф3 «Н йМ

211N

Щ где h;+„ — показание счетчика импульсов 7;+«

h1 — показание счетчика импульсов 7.,;

15 — показание счетчика импульсов 18 — показание счетчика импульсов 19; показание счетчика импуль-. сов 20.

Формула изобретения

Устройство для определения временных характеристик случайных процессов, содержащее переключатель режима работ, состоящий из трех групп контактов, адресный счетчик, вход сброса которого соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, а разрядные выходы через дешифратор подключены к первым входам элементов И ,©.группы, выходы которых соединены с соответствующими счетчиками импульсов, а вторые входы элементов И группы объединены и подключены к выходу второй дифференцирующей цепи, формирователь выбросов, вход которого является. входом устройства, а выход через Формирователь прямоугольных импульсов соединен с входами преобразователя интервал-число, элемента задержки, первыми входаии триггера и элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов заполнения, а выход соединен с входом селектора импульсов, выход которого подключен к второму входу

65 триггера, о т л и ч а ю щ е е с я

Таким образом использование в известном устройстве новых элементов (дополнительного триггера с раздель.ным запуском, дополнительного элемента И, элемента ИЛИ, трех дополнительных счетчиков импульсов) и наличие новых связей между элементами позволяет расширить функции известного

-ЗО устройства.

Изобретение, по сравнениЮ с иэвестным устройством, позволяет наряду с измеряемыми известным устройством характеристиками случайных

35 процессов измерить новую — функцию корреляции длительности импульсов.

983724

12 тем, что, с целью расширения функци;ональных возможностей за счет измерения функции корреляции длительностей выбросов, оно содержнт дополнительный триггер, дополнительный элемент И, элемент H3lH, дрполнительные счетчи- 5 ки импульсов. при этом каждая группа контактов переключателя режима работ состоит из пяти неподвижных и одного подвижного контактов, выход преобразователя интервал « число соединен 10 с входом первого дополнительного счетчика импульсов, с пятым неподвиж ным контактом третьей группы и с че" тырьмя неподвижными контактами пер:вой группы контактов переключателя режима работ, подвижный контакт которой соединен со счетным входом адресного счетчика, выход которого подключен к второму дополнительному счетчику импульсов, пятому неподвижному контакту второй группы контак тов переключателя режима работ и

:первому входу дополнительного триггера, выход которого соединен с первыми входами дополнительного элемента

И и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с первым входом триггера, второй вход дополнительного тригге- ЗО ра подключен к выходу селектора им. пульсов, к четвертому неподвижному и третьему неподвижному контактам соответственно второй и третьей груп" пы контактов переключателя режима работ, второй и четвертый неподвижные контакты третьей группы контактов переключателя режима работ объединены и соединены с выходом триггера, первый подвижный контакт этой группы. соединен с входом второй дифференцирующей цепи, а первый неподвижный контакт третьей группы контактов объединен с третьим неподвижным контактом второй группы контактов переключателя режима работ и соединен с входом третьего дополнительного счетчика импульсов и выходом формирователя прямоугольных импульсов, первый и второй неподвижные контакты второй группы контактов объединены и подключены к выходу элемента задержки, подвижный контакт второй группы контактов соединен с входом первой дифференцирующей цепи, а пятый неподвижный контакт первой группы контактов переключателя режима работ подключен к выходу элемента ИЛИ.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1- миоский Г. я. Аппаратуюное определение характеристик случайных процессов. M., "Энергия", 1972, с. 413-423.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2562813/24, кл. G 06 F 15/36, 1978 (прототип).

983724 . Л1П 11 Clll

Составитель Э. Сечина

Редактор Н. Лазаренко ТехредЛ.Пекарь КоРректор Л. Бокшая

Заказ 9927/59 Тираж 731 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открнтий

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

Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул. Прбек тная, 4