Устройство для вычисления средней мощности случайных сигналов Советский патент 1983 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов, а именно для оценивания средней мощности нецентрированного сигнала или дисперсии центрированного сигнала или же квадратора действующего значения сигнала произвольной формы.

Известно устройство для определения средней мощности и дисперсии случайного .процесса, соде.жащее генератор импульсов, цифроаналоговый . преобразователь (ЦАП), аналоговый сумматор и счетчик, В этом устройстве схемой выборки и хранения входной игнал дискретизируется, после чего функциональным развертьлвающим пр©об разователем вычисляется квадрат храт; нящегося мгновенного значения сигна-; а 111}.

Устройство характеризуется высокой точностью, однако это достигает-, я за счет увеличения времени преоб-азования, так как каждое зафиксироанное мгновенное значение .вхо-дного ,; сигнала преобразуется .медленно, яейет. ую.щйм развертывающим преобразйвателем. . ,

Наиболее близким к првялага:емому ; по .технической .сущности является . стройство для вычиеления средней мощности случайных си.гналов, в сое- ; тав котороговходят блок согдасова- ; ния, вход кот.орого является вхбдомустройства, первйй переключатещу. выход которого подкл1ач-ен к из входов аналого-.цифрового пр.ё0бразовлтеля, другой вход которого соединен с выходом блока упра-вленияг второй переключатель, первый выхЪд которого подключен к первому входу блока усреднения, второй -вход которого соединен с одним из в.ыходов блока управления,- второй выход второго переключателя подключен к: .входу квадрат-ора, и блок р:егист,рацйи 2|. J

Недоетатком известного, устройст.вд является низкая точность оценки средней мощности случайного, сигнала.

.Цель изобретения - повЕлшение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для вычисления средней мощности случайных сигналов, содержащее генератор импульсов, . . выход которого подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, блок усреднения, выход кото-. рого соединен с первым входом блока регистрации., второй вход которого подключен к выходу масштабного счетика, блок возведения а квадрат, блок согласования, вхол которого является входом устройства, введены

аналоговый сумматор, цифроаналоговый преобразователь, генератор псевдослучайных чисел, блок умножения, цифровой сумматор, элемент задержки, выход блока согласования подключен к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход последнего .объединен с первым входом блока умножения и подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, вход которого объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом генератора импульсов, выход аналогового сумматора подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, . вьзход которого соединен с вторым взводом блока умножения и с входом квадратора, выход которого подключен к первому входу цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, выход цифрового сумматора подключен к первому входу блока усреднения, второй вход .которого объединен с входом масштаб:ного счетчика и соединен с выходом элемента задержки.

На чертеже представлена блок-схема устройства.; . Устройство содержит блок 1 согласования, аналоговый сумматор 2, аналого-цифровой преобразователь АЦП 3, блок 4 возведения в квадрат, блок 5 умножения, цифровой сумматор б, блок 7 усреднения, блок 8 регистрации, генератор 9 импульсов, генератор 10 псевдослучайных чисел, элемент 11 задержки, масштабный счетчик 12, цифроаналогоВЫЙ преобразователь ЦАП 13. Принцип работы устройства основан на грубом стохастическом квантовании входного сигнала. Преобразуемый

сигнал суммируют с двухполярньп«5 равномерно распределенным вспомогательным сигналом и полученную аддитивную смесь детерминированного квантуют АЦП 3. Характеристика квантования АЦЙ 3 должна быть симметрична отно;сительно нулевого уровня, причем этот .уровень должен-находиться в середине младшего кванта. В таком случае несмещенной оценкой квадрата мгновенногозначения сигнала будет величина

(ti)(),/6j-2.,.),-4.Mf9где . реализация вспомогательно: го случайного сигнала, например псевдослучайных

чисел;

q - величина кванта АЦП;

- результат квантования i-ro

такта.

Оказывается, что сумма всех величин, закяюченньпс в .скобки, равна нулю, если при вычислении средней мощности использован весь период генератора 10 псевдослучайных чисел. Тогда оценкой служит величина (п q - 2п .)q (общий член при пра вильном выборе числа уровней кванто вания может учитываться при масштабировании результата вычисления). При грубом квантовании как Правило; не превышает , благодаря этому, операции возведения в ква рат и умножения предельно упрощают.ся. Например, для четырехуровневого АЦП п может принимать значения О, ±1, ±2. В таком случае для оценки квадрата мгновенных значений сигнала будут, состоять из Членов п(0; i/4; 1 )l v и -2 n-,q (Oj ±.;12 образование которых тривиально. Устройство работает следующим образом;. : Генератор 9 импульсов тактирует генератор 10 псевдослучайных чисел Другим фронтом тех же импульсов так тируется малоразрядный АЦП 3. Йля компенсации времени, необходимой для обработки кода АЦП 3/ служит элемент 11 задержки. Задержанным ; импульсом стробируется блок 7 ус реднения. Масштабным счётчиком 12 подсчитывается число задержанных импульсов, Объем масштабного счет- чика 12 определяет длительность вн.борки, т.е. цикла преобразования.. В процессе преобразования равномерн распределенные коды генератора 10 псевдослучайных чисел ЦАП 13 преобразуются в двухполярный аналотовый сигнал, который:в.аналоговом сумматоре 2 суммируется с входным сигналомj прошедшим через блок 1 со ласования. Блок 1 согласования, как и в известном устройстве, усиливает входной сигнал и повышает вхоДч кое сопротивление устройства. Полученная аддитивная смесь грубо квантуется АЦП 3, после чего результат квантования возводится во. вторую степень блоком 4 воз.ведения в квадрат, а также перемножается в блрйё .5; умножения с соответствующим псевдо- случайным числом - . Для малоразряд-;- ; ного АЦП 3 блоки 4 возведения в квадрат и 5 умножения могут быть предельно упрощены и выполнены, например, в внде дешифратора и сдвигового регистра. Имеющиеся на выходах блоков 4 и 5 отдельные члены оценки квадра-; та мгновенного значения сигнала в : цифровом .сумматоре 6 суммируются и : полученная cyN№ja в блоке 7 усреднения, усредняется. В завершение циклапреобразования под воздействием f импульса :переполнения масштабного j : счетчика 12 усредненная оценка сред{|ей мощности фиксируется 6 блоке 8 ; регистрации. После этого устройство готово к проведению сл едующег6 цикла вычисления средней мощности. ; Благодаря введению новых блоков J ,и связей удается устранить недоста-г ток прототипа - наличие сие,тематичес11сОй погрешности преобразования, явля.:ющейся основной при малоразрядаомAiliff, Эффективность изобретения зАклю,чается в возможности создания .новых/ более точных средств вычислительной : техники, предназначенных дня аппара- ; турного оценивания энергети;чё.скю. г характеристик нецентрированно1чэ caiy-. чайного сигнала, атакже при созлаНИИ электроизмерительных приборов, для.определения действующего значения. напряжения произвольной формы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее .ганератбр и лпульсов, выход которого подключен к перйому Bxoiaj , аналого-цифрового преобразователя, блок усреднения, выход которого соединен е первым входом блока регистрации, вэОрой вход которого подключен к выходу масштабного счетчика, блок возведения в квадрат, блок согласования, вход которого является входом устрс Йства, о т л и ч а ю щ е е с я : тем, что, с целью повышения точности. fiCKulOSff f в него введены аналоговый сумматор цифроаналоговый преобразователь, генератор псевдослучайных чисел, блок умножения,цифровой сумматор, элемент з адержки, выход блока согласования подключен к первому входу аналогового сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, вход последнего объединен с первым входом блока умножения и подключен к выходу генератора псевдослучайных чисел, вход которого объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом генератора импульсов, выход аналогового сумматора подключен к второму входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с сл вторым входом блока умноженияи с с входом квадратора, выход которого подключен к первому входу цифрового сулматора, второй вход которого соединен с выходом блока умножения, кдхрд цифрового сумматора подключен к первому входу блока усреднения, второй вход которого объединен с вхоДсйл масштабного счетчика и соедисо 4: О 4 . йен с вь1ходом элемента задержки. Nt;