Устройство для оптимальной компенсации случайных сигналов Советский патент 1983 года по МПК G05B13/00 

изобретение относится к автомати ке и предназначено для формирования информативного сигнала. В автоматике существует необходи мость выделения из двух коррелированных случайных сигналов, посту пающих на соответствующие входы устройства, их некоррелированной части, используемой далее в качестве полезного сигнсша в схеме устройства. Известно устройство, предназначенное для формирования информативного сигнала путем схемной обработки входных сигналов П каналов Недостаток данного устройства за клгочается в невозможности получения минимума дисперси помехи в результ рующем канале устройства.вследствие отсутствия регулировки величины дис персий входных сигналах, которая по зволила бы осуществить оптимальное выделение полезнбго сигнала. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее два усилител вход каждого из которых является од ним из двух входов устройства, и су матор, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход - с выходом второго уси лителя И . . Однако известное устройство хара теризуется невозможностью обеспечения высокой точности работы вследствие неоптимального выделения полезного сигнала, при этом диапазон его эффективного использования ограничен: устройство является работоспособным только при высокой .степени взаимной коррелированности входных сигналов. Действительно, положим, что величина сигнала в ра ностном канале .,: где {р и С - случайные входные сигналы. Дисперсия сигнала в разностном канале при бесконечном интервгше осреднения -.,. j2 где О(у - дисперсия сигнала в первом канале; 6г - дисперсия сигнсша во втором канале; /5 - коэффициент взаимной корреляции входных сигналов ё и. Наличие в канс1ле устройства усилителбй с. автоматической регулировкой усиление обеспечивает равенстг во дисперсий, т.е.возможно j-i ,1 ji . Дисперсия сигнала в разностном канале в этом случае 6 2б-2б 2б0-р1. (4) Т.е. дисперсия сигнала в разностном канале линейно зависит от коэффициента взаимной корреляции входных- сигналов. Подавление помехи в разностном канале наблюдается только при значениии ,5, а при тенденции р-Ю дисперсия помехи линейно увеличивается и в пределе при psO возрастает (по сравнению с дисперсией помехи в каждом из каналов) в два раза, т.е. имеет место соотношениеЦель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается Тем, что в устройство для оптимальной компенсации случайных сигналов дополнительно в.ведены последовательно соединенные умножитель, фильтр и интегратор, первый вход умножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход - с выходом второго усилителя, причем второй усилитель выполнен в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход интегратора. Введение в устройство дополнительных блоков, закоммутированных определенным образом, дает возможность оптимальным образом производить выделение из двух коррелированных случайных сигналов на входах устройства их-некоррелированной части , причем дисперсия и коррелированность этих сигналов могут варьироваться в широких пределах. При этом предлагаемое устройство обеспечивает получение в результирующем канале минимум дисперсии помех входных сигналов путем -осуществления автоматической компенсации этих помех в широких пределах изменения параметров входных сигналов. Максимальное подавление помех в результирующем канале, т.е. оптимёшьное выделение полезного сигнала в широком диапазоне изменения параметров входных сигналов, позволяет использовать эффективным образом предлагаемое устройство в качестве автоматического (адаптивного) компенсатора случайных сигналов. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 блок-схема усилителя; на фиг.З зависимость величины дисперсии помехи от величины коэффициента корреляции . Устройство содержит первый 1 и второй 2 усилители, сумматор 3, ум ножитель 4, фильтр 5 и интегратор Усилитель 2 содержит операционный усилитель 7, резисторы 8 и 9 и полевой транзистор 10. В качестве усилителей 1 и 2, вы полненных ,по схеме с автоматическо регулировкой усиления, может быть использован операционный усилитель типа 284УД1. В качестве усилителя 2 с переменным коэффициентом усиления используется тот же тип у лителя 284УД1, только на выходе им ется делитель напряжения, состоящий из постоянного резистора 8 и полевого транзистора 10 типа КП301 проводимость которого меняется в зависимости от величины управляюще го напряжения, поступающего на его затвор с фильтра 5. При этом входное напряжение усилителя UBX 11 с и вX4RчRтp где Ктр - сопротивление перехода ст исток транзистора; Ugx входной сигнал, поступающий на делитель. jj ЕслиЯ Ктр , ToUex ви Y. Таким образом, напряжение на входе операционного усилителя, имеющего большое входное сойротивление, изменяется пропорционально изменению сопротивления , которое меняетс под воздействием управляющего напр жения, поступающего на затвор транзистора. Сумматор 3 может быть выполнен на операционном усили теле, например, типа 525ПС1. Фильтр низких частот представляет собой стандартную RG -цепочку. Умножитель 4 быть выполнен по схеме типа 525ПС1 Интегратор б может быть реализован на любом-операционном усилителе, например 284УД1. . Устройство работает следующим об разом. На входы устройства поступают два случайных коррелированных сигнала (f и 1 . Величина коэффициента взаимной корреляции этих сигналов может принимать любое значение в интервале 0-1. При этом в одном из ка:налов осуществляется подстройка коэффициента передачи, например, по сигналу (р Оба сигнала поступают на входы сумматора, где производится -их алгебраическое суммирование (вычитание). С выхода сумматора рёзультирукзщий сигнал поступает в разностный канал схемы. Величина его Iktf-IC, а дисперсич 61 при бесконечном интервале осреднения определяется выражением, ,6 -6 -kV-2k6 6 p, где Ов - дисперсия сигнала в первом Д канале (по первому входу); Оц, - дисперсия сигнала во втором канале (по второму входу) ; k - коэффициент передачи второго канала; р- коэффициент взаимной корреляции входных сигналов Ч. Минимум дисперсии в разностном канале получается при оптимальном коэффициенте передачи 1с второго канала при условии jT . . , 2k6j-26 6i., откуда о f 1 . « (9) С учетом выражения (9) сигнала в разностном канале sj-6|.d|p-26 p.6|o:p). Сопоставляя графики, определяющие . зависимость величины дисперсии помехив разностных каналах предлагаемого устройства и прототипа от величины коэффициента корреляции (фиг.З), можно сделать вывод, что предлагаемое устроЯствр имеет лучшее подавление Помехи в разностном канаше и обладает работоспособностью в бо- лее широком диапазоне значений коэффициента взаимной корреляции. Для поддержания минимума дисперсии помехи в разностном сигнале необходимо обеспечить оптимальный коэффициент передачи входного сигнала по второму каналу. Эту операцию можно осуществить с помощью астатического регулятора, состоящего из умножителя 4, фильтра 5- низких, частот и интегратора &. В умножителе 4 происходит перемножение, регулируемого входного сигнала (и)-и сигйала разностного канала, в результате чего на его выходе имеется напряжение u KcfCl-Vif) k;4l;-I V-ifl -) На выходе фильтра низких частот напряжение определяется выражением ,,|uwdt .. в установившемся режиме сигнгш на выходе фильтра равен нулю, т.е. т ,т - jcfW Wdt- jc VHtO. 13

оптимсшьный коэффициент |

(14)

ф

Wdt

)tf (i)d-b - оценка коэффициента взаимной

корреляции входных сигналов;

1т1

- оценка диспер. сигнгша в

регулируемом канале.

При неограниченном интервале осреднения выражение (14) преобразуется в выргикёние (9). Таким образом, астатический регулятор, состоящий из умножителя 4, фильтра 5 .низких частот и интегратора 6, обеспечивает поддержание оптимального коэффициента передачи в одном из каналов схекы.

введение в устройство умножителя 4, фильтра 5 низких частот и интегратора 6, включенных в схему соответствующим образом, позволяет

осуществить получение минимума дисперсии помехи входного сигнала в разностном KaHctne схемы и тем самдм наилучшим образом выделить полезный сигнал, определяющий эффективность применения предлагаемого устройства, а также высокие точностные качества его работы. Предлагаемое устройство обеспечивает увеличение соотношения сигнал/помеха по. сравнению с прототипом во- всем диапазоне возможных изменений коэффициента взаимной корреляции случайных сигналов, причем дисперсия и коррелированность входнь х снгналов может изменяться в широких пределах. В этих условиях осумюствляется.компенсация коррелированной части сигналов оптимальным образом. Предлагаемое устройство, таким образом, производя автоматическую компенсахшю помех входного сигнала является устройством оптимальной .компенсации случайных сигналов, адаптивным компенсатором случайных сигналов.

Ожидаемый годовой экономический эффект от максимального использования изобретения соста вляет 53500 руб

9 - .

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее два усилителя, вход каждого из которых является .одним из двух входов устройства, и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход - с выходом второго усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены последовательно соединенные умножитель, фильтр и интегратор, первый вход умножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход - с выходом второго усилителя, причем второй усилитель выполнен в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход интегратора. сл

10

iuz.t