Устройство для определения распределений вероятностей параметров случайного процесса Советский патент 1985 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для измерения статистических характеристик случайных процессов,

По основному авт. св. № 968826 известно устройство для определения распределений вероятностей параметров случайного процесса, содержащее датчик сигналов, выход которого соединен с входом первого одновибратора и с информационным входом первого пикового детектора, информационный выход которого подключен к информационному входу амплитудно-импульсного модулятора, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя импульсов, а выход - с входом амплитудного анализатора, пороговый элемент, элемент И, второй одновибратор, второй и третий пиковые детекторы, блок вычитания и первый и второй фильтры, входы которьгх объединены и подключены к выходу датчика (Сигналов. Выходы фильтров- через соответствующие второй и третий пиковы детекторы подключены соответственно к первому и второму входам блока вычитания, выход последнего через пороговый элемент соединен с первым вводом элемента И, выход которого подключен к входу формирователя импульсов, второй вход элемента И объединен с входом включения первого пикового детектора и соединен с выходом первого одновибратора, управляюший выход первого пикового детектора подключен к входам включения второго и третьего пиковых детекторов. При этом вход второго одновибратора подключен к выходу первого фильтра, а выход соединен с третьим входом

И 1.

элемента

I

Известное устройство позволяет регистрировать сигналы, амплитуды которьк превышают порог срабатывания первого одновибратора. При этом в случае исследования электромаГнитных сигналов, генерируемых молниями, устройство имеет неопределенный радиус действия, т.е. регистрирует наземные разряды на любых расстояниях, но с различной вероятностью (чем больше расстояние до разряда, тем меньше вероятность его регистрации). Это не позволяет привести измеряемое распределение к заданному фиксированному расстоянию до разрядов, что необходимо .для получения информации о параметрах молнии.

Указанная задача может быть решена посредством сопоставления распределения, определяемого с помощью известного устройства, с распределением, соответствующим разрядам молнии в пределах заданного на земной поверхности круга, радиус которого наиболее целесообр азно выбирать порядка 30 км илИ более с тем, чтобы сигналы от разрядов за его пределами в точке регистрации определялись главным образом радиационной составляющей электрического или магнитного поля молнии. При этом использование сигналов грома практически невозможно, так как на расстояниях более 20 км от разряда зарегистрировать сигналы грома, как правило, не представляется возможным. В то же время известно, что электромагнитный сигнал, генерируемый молнией, складывается из нескольких составляющих, которые по разному затухают с расстоянием при распространении от источника до места регистрации. В частности, электрическая составляющая изменяется обратно пропорционально кубу расстояния, а.радиационная обратно пропорционально первой степени расстояния.

Таким образом отношение указанных доставляющих изменяется в зависимост от расстояния до разряда и может быть использовано для получения информации об этом расстоянии. Известно также, что в определенных диапазонах частот возможна раздельная регистрация электростатической и радиационной составляющих электрического поля молнии. Таким образом, регистрируя сигналы, для которых отношение .указанных составляющих не превышает некоторого критического значения, соответствующего расстоянию, равному заданному радиусу действия устройства, можно получать распределения вероятностей амплитуд сигналов обусловленных разрядами молнии в пределах заданного на земной поверхности круга.

Цель изобретения - расширение области применения устройства путем получения одновременно двух распределений вероятностей, соответствующих разрядам молнии в двух территориальных зонах. Указанная цель достигается тем, что устройство для определения распределений вероятностей параметров случайного процесса содержит блок деления, дополнительные фильтр, пико вый детектор, элемент И и амплитудный анализатор, вход которого соединен с выходом дополнительного элемен та И, -первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом амплитудно-импульсного модулятора и выходом блока деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго и дополнительного пиковых детекторов, выход датчика сигналов через дополнительный фильтр соединен с информационным входом дополнительного пикового детектора, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу первого пикового детектора. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для определения распределений вероятностей параметров случайного процесса содержит датчик Iсигналов, выход которого соединен входом первого одновибратора 2 и с информационным входом первого пикового детектора 3, инфорь ационный выход которого подключен к информационному входу амплитудно -импульсно го модулятора 4, управляющий вход которого соединен с выходом формиро вателя 5 импульсов, а выход - с вхо дом амплитудного анализатора 6, Устройство содержит также порого вый элемент 7, элемент И 8, второй одновибратор 9, второй 10 и третий IIпиковые детекторы, блок 12 вычи- тания и первый 13 и второй 14 фильт .ры, входы которых объединены и подключены к выходу датчика 1 сигналов Выходы фильтров 13 и 14 через пиковые детекторы 10 и 11 соответствен- но подключены к соответствующим входам блока 12 вычитания. Выход послед него через пороговый элемент 7 соеди нен с первым входом элемента И 8, выход которого подключен к входу формирователя 5 импульсов. Второй ВХОД элемента И 8 объединен с входом включения пикового детектора 3 и сое динен с выходом одновибратора 2. Уп- равляюнщй выход пикового детектора подключен к входам включения пиковых детекторов 10 и 11. При этом вход одновибратора 9 подключен к вы11 ходу фильтра 13, а выход соединен с третьим входом элемента И 8. Кроме того, устройство содержит дополнительный фильтр 15, вход которого сое динен с выходом датчика 1 сигналов, а выход подключен к информационному входу дополнительного пикового детектора 16, и блок 17 деления. Выход последнего соединен с одним из входов дополнительного элемента И 18,другой вход которого подключен к выходу модулятора 4, а выход - к входу дополнительного амплитудного анализатора 19. Управляющий вход пикового детектора 16 соединен с управляющим выходом пикового детектора 3, а выход подключен к одному из входов блока 17 деления, другой вход которого соединен с вьгходом пикового детектора 10. Фильтр 13 настроен на максимум спектральной плотности электромагнитных сигналов, генерируемых наземными разрядами (5-10 кГц). При этом сигнал на его выходе определяется прежде всего радиационной составляющей поля. Фильтр 14 настроен на максимум спектральной плотности сигналов, характерных для облачных разрядов (25-50 кГц). Сигнал на выходе фильтра 15 определяется главным образом электростатической составляющей электромагнитного поля молнии. Если радиус круга, в котором регистрирует разряды анализатор 19, составляет 30 км, можно выбрать полосу фильтра 15500-1250 Гц. Сигнал с выхода датчика 1 поступает одновременно на входы фильтров 13 - 15 одновибратора 2 и на информационный вход пикового детектора 3. Когда величина сигнала превысит порог срабатывания одновибратора 2, на выходе последнего появляется прямоугольный импульс, длительность которого равна максимальной длительности исследуемых сигналов. Передним фронтом этого импульса пиковые детекторы 3, 10, 11 и 16 переводятся в рабочее состояние. Если величина сигнала на выходе фильтра 13 превышает порог срабатывания одновибратора 9, последний выдает разрешающий импульс на один из управлякшрсх входов элемента И 8. Длительность этого импульса может быть выбрана равной длительности импульса на выходе одновибратора 2.

51

Сигналы с выходов фильтров 13-15

поступают на информационные входы пи

ковых детекторов 10,11 и 16 соответ

ственног с помощью которых наибольшие амплитуды этих сигналов запоминаются до момента истечения времени, равного максимальной длительности исследуе ых сигналов. Сигналы с выходов пиковых детекторов 10 и 11 подаются на входы блока 12 вычитания. Разностный сигнал с выхода последнего поступает на вход порогового элемента. 7, в качестве которого может быть использован триггер Шмитта. Если величина сигнала на выходе пикового детектора t1 больше на величину, превышающую порог срабатывания порогового элемента 7, последний, вьздает разрешающий импульс на другой управляющий вход элемента И 8.

В этом случае (сигнал соответствует наземному разряду) задним фронтом импульса с вьпсода одновибратора 2 запускается формирователь 5 импульсов s которьй вырабатывает нормализукмций импульс, поступающий на управляющий вход амплитудно-импульсного модулятора 4„ При этом на информационный вход модулятора 4 подается квазипостоянное напряжение синформационного выхода пикового детектора 3, величина которого равна максимальной амплитуде сигнала на информационном входе пикового детектора 3. Таким образомJ на выходе модулятора 4 появляется импульс с нормализованными параметрами, амплитуда которого равна максимальной амплитуде сигнала на выходе датчика 1. Этот импульс регистрируется в соответствующем канале анализатора 6,

Сигналы с выходов пиковых детекторов 10 и 16 подаются на входы блока 17 деления о Если величина отношения второго сигнала к первому больше заданного критического значения (разряд происходит в пределах заданного круга), блок 17 деления вьщает разрешающий импульс на управ388116

ляюаий вход элемента И 18. При этом , сигнал с выхода модулятора 4 регистрируется также анализатором 19.

Если величина отношения сигналов 5 на выходах пиковых детекторов 16 и 10 не превышает заданного критического значения (разряд происходит за пределами заданного круга), разрешающий импульс на управляющий вход 10 элемента И 18 не выдается и анализатор 19 в этом случае в работе не участвует. Если величина сигнала на выходе фильтра 13 не превышает порога срабатывания одновибратора 9 или

15 не превьшает величины сигнала на выходе фильтра 14 на величину, достаточную Для запуска порогового элемента 7, или то и другое вместе, элемент И 8 не открывается. В этом случае (сигнал соответствует облачному разряду) формирователь 5 импульсов не запускается и, следовательно, такой сигнал ни одним из анализаторов 6 и 19 не регистрируется.

25 После того,, как одновибратор 2 возвратится в исходное состояние (импульс на его выходе закончится), напряжение на выходе схемы включения пикового детектора, входящей в состав пикового детектора 3, начинает снижаться и при достижении им определенного уровня пиковые детекторы 3, 10. 11 и 16 возвращаются в исходное состояние.

Предлагаемое устройство дает воз можность существенно расширить область применения по сравнению с известньим, позволяя получать одновременно два распределения вероятностей,

Q соответствующие разрядам молнии в

двух территориальных зонах. Сопоставление указанных распределений позволяет получать распределения, соответствующие фиксированному расстоянию

5 ДО разрядов, что в свою очередь может быть использовано для оценки распределений параметров молнии, необходимых для расчетов молниезащиты.

-

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ ПАРАМЕТРОВ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА по авт. св. № 968826, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения, оно содержит блок деления, дополнительные фильтр, пиковый детектор, элемент И и амплитудный анализатор, вход которого соединен с выходом дополнительного элемента И, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом амплитудно-импульсного модулятора и выходом блока деления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго и дополнительного пиковых детекторов, выход датчика сигналов через дополнительный фильтр соединен с информационным входом дополнительного пикового детектора, управляющий вход которого подключен к управляющему выходу первого пикового детектора.