Устройство для вычисления дисперсии случайных сигналов Советский патент 1985 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенных, например, для статистической обработки результатов измерений. Известно устройство, использующее дополнительный шум, закон распределе ния амплитуд которого соответствует абсолютной величине случайного сигнала, содержащее сумматор и умножитель 1 . Недостатком этого устройства является малая точность, вызванная тем что вычисление дисперсии осуществляется в анашоговой форме. «Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вычисления дисперсии случайного сигнала, центри рованные отсчеты на входе которого представлены число-импульсным кодом, содержащее ключ тактовых импульсов, подключенный через счетчик тактовых импульсов ко входу триггера запуска, выход которого соединен со входом ключа отсчетов, и сумматор. Устройст во возводит в квадрат отдельно каждый отсчет, а затем осредняет их tz Недостатками известного устройства являются малая точность и большое время вычисления дисперсии. Это обус ловлено тем, что данное устройство не учитьюает коррелированности сосед них отсчетов, а осреднение производится не по времени измерения, а по числу отсчетов. Цель изобретения - повышение точности вычисления. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления дисперсии случайных сигналов, содержащее первый триггер, первый и второй ключи, квадратор, счетчик, элемент ИЛИ, элемент И, первый сумматор выход которого является выходом устройства, управляющие входы первого и второго ключей объединены и соединены с выходом первого триггера, вхо установки в единицу которого являет ся входом запуска устройства, счетный вход счетчика подключен к выходу первого ключа, введены второй, третий и четвертый сум1-1аторы, второй триггер, элемент задержки, блок пам ти, пороговьй элемент, :вычитатель,, первый и второй умножители, первый и второй масштабирующие блоки, первые входы первого и второго суммато ров объединены и соединены с выходом элемента И, первьп вход которого подключен к инверсноГГу выходу второго триггера,, второй вход элемента И объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключён к выходу переполнения счетчика, информационный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу квадратора, вход которого объединен с входом первого масштабирующего блока и первым входом вычитателя и соединен с выходом блока памяти, вход записи которого объединен с входами установки в ноль второго триггера и счетчика и подключен к выходу элемента задержки, первый вход третьего сумматора объединен со вторым входом вычитателя, информационным входом блока памяти и подключен к выходу второго ключа, выход первого масштабирующего блока соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, второй вход которого объединен с входом порогового элемента и соединен с.выходом вычитателя, выход второго умножителя подключен к входу второго масштабирующего .блока, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого сумматора соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу установки в ноль первого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, выход порогового элемента соединен со вторым входом элемента ИЛИ, другие входы первого и второго ключей являются соответственно- информационным и тактовым входами устройства. На чертеже схематически представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит ключи 1 и 2, триггеры 3 и 4, блок памяти 5, сумматор 6, вычитатель 7, масштабирующий блок 8, квадратор 9, умножитель 10, сумматор 11, умножитель 12, масштабирующий блок 13, сумматор 14, счетчик 15, сумматор 16, элемент ИЛИ 17, пороговый элемент 18, элемент задержки 19, элемент И 20. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии триггеры 3 и 4 и сумматоры 14 и 16 сброшены в нуль и в счетчике 15 записано чис ло на единицу меньше максимального. Ключи 1 и 2 закрыты, а элемент И 20 открыт. Импульс пуска переводит триггер а затем и триггер 3 в единичное сос тояние, в результате чего ключи 1 и открываются, и элемент И 20 закрывается. Первый отсчет х поступает на вход блока памяти 5. Соответствующий ему тактовый импульс через ключ 2 дополняет счетчик 15 до максимального значения. В результате заполнения на выходе счетчика 15 появляется импульс, который, пройдя элемент ИЛИ 17 и элемент задержки 1 записывает в блок памяти 5 первый отсчет х, сбрасывает триггер 3 и счетчик 15 в нуль, элемент И 20 открывается. Второй отсчет х поступа на входы блока памяти 5, сумматора и вычитателя 7, а второй тактовый импульс записывает в счетчике IS единицу. При этом возможны два случая. Если Хд отличается от х , то на выходе вычитателя 7 образуется разность Xj-Xj,, которая в пороговом элементе 18 преобразуется в импульс Этот импульс проходит через элемент ИЛИ 17 и элемент И 20 и поступает на управляющие входы сумматоров 14 и 16, а через элемент задерж ки 19 - на управляющие входы блока памяти 5 и счетчика 15. В результат этого в сумматоре 14 записывается среднее значение квадрата измеряемо го сигнала между двумя отсчетами Х| и Xg, в сумматоре. 16 - единица, в блоке памяти 5 - последний отлича щийся отсчет х, а счетчик 13 сбрасывается в нуль. Если ,, то импульс на выходе порогового элемента 18 не образуетс в результате чего при повторяющемся отсчете только показание счетчика 1 увеличивается на единицу. С приходом третьих отсчетов и тактового импульса снова возможны те же два случая. При получении повторяющегося отсчета в счетчике 15 прибавляется единица. При получении же отличающегося отсчета на входах сумматоров 16 и 14 образуются соответственно время между двумя отличающимися отсчетами и среднее значение квадрата центрированного сигнала за это время. Эти значения суммируют ся с уже имеющимися в сумматорах 16 и 14, и процесс продолжается. Счетчик 15 имеет конечную емкость, Поэтому при максимальном заполнении счетчика 15 импульс с его выхода проходит элемент ИЛИ 17, производит описанные изменения и сбрасывает на нуль счетчик 15 для следующего заполнения. Когда сумматор 16 достигает значения 100,1000 и т.д., импульс с его выхода возвращает триггер 4 пуска в нулевое состояние, и после перемещения запятой в сумматоре 14 влево на соответствующее число декад на его выходе получается дисперсия Д сигнала. Технический эффект от использования изобретения по сравнению с базовым объектом - комплексом измерителей характеристик случайных процессов Хб-4/а - заключается в повьшении точности и уменьшении времени вычисления дисперсии случайных сигна лов. Так, для винеровского сигнала при неизменной длительности эксперимента мультипликативная составляющая дисперсии погрешности вычисления уменьшается в 8,57 раз и аддитивная - в 15 раз. И наоборот, при неизменной мультипликативной составляющей дисперсии погрешности длительность эксперимента уменьшается в 8,57 раз, а аддитивной составляющей - в 15 раз. Этот эффект достигается благодаря тому, что сумматор 14 суммирует квадрат измеряемого сигнала, осредненный с учетом корре- лированности отсчетов за время между двумя существующими отсчетами. Кроме того, осреднение ведется не по числу отсчетов, а по времени эксперимента, которое фиксируется сумматором 16.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый триггер, первый и второй, ключи, квадратор, счетчик, элемент ИЛИ, элемент И, первый сумматор, выход которого является выходом устройства, управляющие входы первого и второго ключей объед 1нены и соединены с выходом первого триггера, вход установки в единицу которого является входом запуска устройства, счетньй вход счетчика подключен к выходу первого ключа, отличающ е е -с я тем, что, с целью повьшения точности вычисления, в него введены второй, третий и четвертый сумматоры, второй триггер, элемент задержки, блок памяти, пороговый элемент, вычитатель, первый и второй умножители, первый и второй масштабирующие блоки, первые входы первого и второго сумматоров объединены и соединены с выходом элемента И, первьй вход которого подключен к инверсному выходу второго триггера, второй вход элемента И объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переполнения счетчика, информационный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и о первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу квадратора, вход которого объединен с входом пер вого масштабирующего блока и первым входом вычитателя и соединен с выходом блока памяти, вход записи которого объединен с входами установки в ноль второго триггера и счетника и подключен к вькоду элемента задержки, первый вход третьего сумматора объединен с вторым входом вычитателя, информационным входом блока памяти и подключен к выходу второго ключа, выход первого масштабирующего (Л блока соединен с вторым входом треть его сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, второй вход которого объединен с входом порогового элемента и соединен с выходом вычитателя, выход второго умножителя подключен к входу второго масштабирующего блока, выход jiik tsD которого соединен с первым входом эо j; ;о четвертого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого суммато ра соединен с вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу установки в ноль первого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, выход порогового элемента соединен с вторым входом элемента ИЛИ, другие вхоцы первого и второго ключей являются соответственно информационным и тактовым входами устройства.