Устройство для определения формы случайного сигнала Советский патент 1984 года по МПК G06G7/52 

,

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для определения статистических характеристик случайных процессов представленных в аналоговой, форме.

Известно устройство для определения коэффициента формы случайного сигнала, содержащее последовательно соединенные квадратор, первый усредняющий фильтр, блок извлечения квадратного корня, выход которого подключен к первому входу блока деления, последовательно соединенные линейный двухполупериодный детектор, второй усредняющий фильтр, выход которого подключен к второму входу блока деления СП.

Однако устройство характеризуется сложностью реализации и низкой точностью за счет наличия больших аппаратурных погрешностей при определении вероятностных характеристик, так как оно построено по разомкнутой схеме и поэтому в ее составе необходимо использовать дорогостоящие прецизионные элементы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения формы случайного сигнала, содержащее последовательно соединенные линейный двухполупериодный детектор, вхоД которого является входом устройства, первый усредняющий фильтр и линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, инвертор, два сумматора, вторые входы которых подключены к входу устройства, выход линейного усилителя с регулируемым коэффигдаентом усиления подключен к первому входу первого сумматора непосредственно, а к первому входу второго сумматора - через инвертор, последовательно соединенные блок умножения, второй усредняющий фильтр и усилитель напряжения, выход которого подключен к управляющему входу линейного усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, входы блоков умножения подключены к выходам сумматоров С21.

Известное устройство позволяет повысить точность измерения коэффициентов формы случайного сигнала. Однако и ,оно имеет недостаточную точность, и сложно в изготовлении, так как содержит в своем составе конст097682

структивно сложный блок умножения DJ и два сумматора, собранных на операционных усилителях, которые должны иметь идентичные характеристики, 5 и невыполнение этого требования ведет к снижению точности устройства. Кроме того, накопленная аппаратурная погрешность на выходе блока умножения второго блока усреднения 10 и усилителя напряжения за счет дрей фа его усилителей, температурной нестабильности и т.д. приводит к снижению точности установки коэффициента усиления линейного усилителя 15 с регулируемым коэффициентом усиления, а тем самым к снижению точности измерения коэффициента формы случайного сигнала.

Цель изобретения - повБшюние точ20 ности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения формы случайного сигнала, содержащее линейный двухполупериодньй детектор,.

25 вход которого-является входом устройства, первый усредняющий фильтр, второй усредняющий фильтр и элемент НЕ, введены ключ, первый коммутатор, второй коммутатор, квадратор, гене0 ратор пилообразного напряжения, схема сра внения и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соеди. иен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к выходу схемь сравнения, выход ;ключа через первый усредняющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с входом линейного двухполупериодного детектора;, управляющий вход первого коммутатора объединен с управляющим входом второго коммутатора и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход коммутатора через квадратор подключен к входу элемента НЕ и первому информационному входу второго коммутатора, второй информаци0 онный вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредняющий фильтр подключен к первому входу схемы сравнения, второй вход которой

5 подключен к выходу генератора пилообразного напряжения.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства для определения формы случайного сигнала. Устройство содержит линейный двухполупериодный детектор 1, вход которого является входом устройства ключ 2, первый усредняющий фильтр 3 первый коммутатор 4, квадратор 5, элемент НЕ 6, второй коммутатор 7, второй усредняющий фильтр 8, схему 9 сравнения, генератор 10 пилообразного напряжения и генератор 11 тактовых импульсов, выход которого подключен к управляющим входам комм таторов 4 и 7, вход устройства подключен к соответствующему информационному входу Коммутатора 4, а выход линейного двухполупериодного детектора 1 через последовательно соединенные ключ 2 и усредняющий фильтр 3 подключен к другому информационному входу коммутатора 4, вход квадратора 5 под|слючен к выхо,ду коммутатора 4, а выход непосредственно и через элемент НЕ 6 подклю чен соответственно к первому и второму информационным входам второго коммутатора 7, выход которого подключен к входу усредняющего фильтра 8, первый и второй входы схемы 9 сравнения подключены соответственно к выходам генератора 10 пилообразного напряжения и усредняющего фильтра 8, а выход - к управляющему входу ключа 2. Устройство работает следующим образом. Исследуемый центрированный случа ный сигнал (. поступает на вход линейного двухполупериодного детектора 1 и первый информационньй вход первого коммутатора 4. Коммутаторы 4 и 7 находятся в соответствующем положений (см. чертеж), а ключ 2 замкнут. При этом центрированный случайный сигнал х (f) , пройдя на выход коммутатора 4 с его соответствующего информационного входа., по ступает на вход квадратора 5. На выходе тсвадратора 5 образуется сигнал и 01. (-t , где оС - коэффициент преобразования квадратора 5, который, пройдя, на выход коммутатор 4 с соответствующего информационног когдаутатора входа, поступает на вход усредняющего фильтра 8. На выходе усредняющего фильтра 3 образуется йигнал . ).)Ms9ttx(-t-i)ott. де п t-tl - коммутационная функция ключа 2, равная А во время tr замкнутого ключа, и А во время (T-t) открытого ключа (здесь Т период следования импульсов схемы 9 сравнения); С - время задержки усредняющего фильтра 3; h (t) - импульсная переходная характеристика усредняющего фильтра 3; Mnx(-t-t) - функдия-сигнатура переменной Ui2., показывающая, что переменная U изменяет свои значения только в дискретной последовательности от 1У. При нахождении коммутаторов 4 и 7 в противоположном положении сигйал , 2. , пройдя на выход коммутатора 4с его другого информационного входа, доступает на вход квадратора 5. На выходе квадратора 5 в этом положении коммутаторов 4 и 7 образуется сигнал УЗ -ochC-iy ictb (i-t) (i-t)ctt о i который, пройдя через элемент НЕ 6 и коммутатор 7, поступает на вход. усредняющего фильтра 8 с знаком Минус, т.е. на входе усредняющего фильтра 8 в этот момент имеем сигнал . и -otLv foj et x (i-t) X (t-t) Генератор 11 тактовых импульсов, управляя коммутаторами 4 и.7, позволяет получить на входе усредняющего фильтра 8 переменнь й сигнал, имеющкй форму меандра, амплитуда положительных импульсов которого рав на и , а отрицательных (Ji, . На выходе усредняющего фильтра 8 формируется сигнал пропорциональный оценке математического ожидания этого переменного сигнала,, который поступает на второй вход схемы 9 сравнения, на первьш вход которого поступает периодический пилообразный сигнал с выхода генератора 10 пилообразного напряжения. Схема 9 сравнения осуществляет сравнение периодического пилообразного сигнала с сигналом, поступающим с выхода усреднякщего фильтра. При равенстве сигналов 9 сравнения переходит из одного устойчивого состояния в противоположное, т.е. на ее выходе формируется периодическая последовательность импульсов, у которых Г пропорциональна оценке математическо го ожидания :M(oix(-t)-otrna))s9(t-f) о. имеющей место на выходе усредняющего фильтра 8. Периодическая последовательность импульсов со схемы 9 сравн ния поступает на управляющий вход кл ча 2. В установившемся режиме относи тельная длительность импульсов схемы 9 сравнения является оценкой математического ожидания сигнала (i)/Jft:Kft-t)g 3nxft-t)dtT или :o(.(t){i-t sgnxa-t)ch:f}. При этом оценкой коэффициента формы случайного сигнала ;(Й являетс относительная длительность импульсов схемы 9 сравнения, измеряемая блоком регистрации т.е.; имеем MlifC-tysgn ХШ Результатат измерения licp может быть получен как в аналоговой форме в виде электрического сигнала, так и в цифровой форме. Точность устройства обеспечиваетс за счет применения компенсационного метода измерения оценки математического ожидания и может быть определена с высокой точностью. Кроме того, точность оценки математического ожидания на выходе усредняющего фильтра 8 в предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором. блоком умножения), а в известном зависит и, в основном,определяется его точностью. Экспериментальная, сравнительная оценка точности предлагаемого и известного устройств проводилась на аналоговой вычислительной машине АВМ МН-18М. В результате моделирования получены результаты,показывающие, что точность предлагаемого устройства на три порядка вьше, чем известного. Кроме того, при выполнении устройства в аналоговой форме упрощается конструкция устройства, так как отпадает необходимость в высокоточных усилителях, имеющих малый уровень дрейфа, а квадратор может иметь любые неравные нулю амплитудно-частотные характеристики, а при выполнении устройства в цифровой форме значительно упрощается реализация нелинейного элемента (квадратора, блока умножения). За упрощения конструкции предлагаемого устройства, как показывают расчеты, наработка на отказ увеличивается на 40%. Реализация предлагаемого устройства не представляет, технических трудностей. В качестве генератора тактовых импульсов может быть использован автоколебательный мультивибратор, коммутаторы и электронный ключ могут быть реализованы на полевых транзисторах С41, квадратор может быть peaизован методом кусочно-линейной аппроксимации с помощью диодов или стабилитронов t3j и t47 , генераторы пилообразного напряжения - на операионном усилителе или транзисторахЧ 4л, усредняющие фильтры - на операцинном усилителе С41. Технико-экономическая эффективость предлагаемого устройства залючается в высокой точности, надежости и простоте реализации.

УСТРОЙСТВО ДЛЯОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее . линейный двухполупериодный детектор, вход которого является входом устройства, первый усредняющий фильтр, второй усредняющий фильтр и элемент НЕ, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены ключ, первый коммутатор второй кйммутатор, квадратор, генерат.ор пилообразного напряжения, схема сравнения и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого подключен к выходу схемы сравнения, выход ключа через первый усредняющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с входом линейного двухполупериодного детектора, управляющий вход первого коммутатора объединен с уп(Л равляющим входом второго коммутатора с и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого коммутатора через квадратор подключен к входу элемента НЕ и первому информационному входу второго коммутатора, второй информационньй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредняющий фильтр-Подключен к первосо му входу схемы сравнения, второй вход которой подключен к выходу генератора пилообразного напряжения. а 00