Устройство для оценки отношения корреляционных моментов Советский патент 1985 года по МПК G06G7/19 

первого многозвенного фильтра g-ro порядка, выход первого многозвенного фильтра, т-го порядка через четвертьй элемент НЕ подключен к третьему входу первого сумматора, выход которого через второй квадратор соединен с первым информационным входом четвер116474

того коммутатора и входом пятого элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным входом четвертого коммутатора, выход которого . через четвертый блок усреднения подклю чек к второму входу третьего сумматора.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ОТНОШЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ МОМЕНТОВ, содержащее цервьм сумматор, первьй многозвенный фильтр т-го порядка, вход которого объединен с входом первого многозвенного фильтра g-ro порядка и является первым входом устройства, выход первого многозвенного фильтра т-го порядка соединен с первым входом второго сумматора, выход первого многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом первого ключа, управлякяций вход которого объединен с управляющим входом второго ключа, входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульс ного модулятора, вход которого подключен к выхор;у первого интегратора, вход которого подключен .к выходу третьего сумматора, второй многозвенный фильтр га-го порядка, вход которого объединен с входом второго многозвенного фильтра g-ro порядка и является вторым входом устройства, выход второго многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом второго ключа, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены два квадратора, четыре элемента НЕ, четыре блока усреднения, четыре коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, первьй информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора и подключен к входу второго многозвенного фильтра g-ro порядка, выход первого коммута(Л тора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого блока у среднения, вход которого подключен к выходу первого ключа, выход второго U сумматора через первый квадратор соединен с входами второго элемента НЕ и первым информационным входом О) второго коммутатора, второй информа4ib ционный вход которого подключен к vj .выходу второго элемента НЕ, выход L второго коммутатора через второй ;блок усреднения подключен к первому входу третьего сумматора,выход второго ключа через третий блок усреднения подключен к первому йходу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего коммутатора, первый информационньй вход которого подключен к выходу третьего элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом треть-: его коммутатора и подключен к входу

Изобре.тение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для оценки отноше.ния моментов различных порядков нормированной взаимно корреляционной функции двух случайных процессов, представленных в аналоговой форме.. , . Известно устройство для определен корреляционных характеристик случайного процесса, содержащее многозвенные фильтры т-го и g-ro. порядков, входы котррьк объединены и являются входом устройства, инвертор, ключ, . сумматор, первый вход которого соеди нен с выходом многозвенно.го- фильтра т-го порядка, а выход многозвенного фильтра g-ro порядка через последова тельнр соединенные ключ и инвертор соединен с вторым входом сумматора, блок умножения, входы которого подключены соответственно к входу устро ства и к выходу сумматора, а выход через последовательно соединенные блок-усреднения и широтно-импульсный модулятор подключен к управляющему входу ключа и к входу блока регистрации 01 Это устройство не позволяет оцени вать отношения двух моментов различных порядков нормированной взаимно корреляционной функции двух случайны процессов y(t) и x(t). . Наиболее близким по технической сущности к изобретению /является устройство для оценки отношения корр ляционных моментов, содержащее много звенные фильтры т-го и g-ro порядко входы первых многозвенных фильтров т-го и g-ro порядков объединены и яв ляются первым входом устройства, а входы вторых многозвенных фильтров т-го и g-ro пор.ядков объединены и яв ляются вторым BXo;i;oM устройства, выходы первого многозвенного фильтра g-ro порядка-через первый ключ и блок вычитания соединен с вторым входом первого, сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого многозвенного фильтра ni-ro порядка, выход второго многозвенного фильтра g-ro порядка через второй ключ соединен с BTOpibiM входом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом второго многозвенного фипьтра т-го порядка, первый блок умножения, входы:которого соединены соответственно с вторым входом устройства и с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом третьего сумматора, второй блок умножения, входы которого соединены соответственно с первым входом устройства, и с выходом второго сумматора, а выход - с вторьм входом третьего сумматора, выход которого через последсгвательно соединенные интегратор и щиротно-импульсный модулятор соединен с управлякщими входами ключей и входом блока регистрации С2 . - Известное устройство позволяет оценивать отношение двух моментов различных порядков нормированной взаимно корреляционной функции двух случайных процессов. Однако оно имеет недостаточную точность и. конструктивно сложно в изготовлении, так как содержит -в своем составе конструктивно сложные блоки умножения СЗ, собгранные на операционных усилителях. Кроме того, накопленная аппаратурная погрешность иввькодах блоков уьшожения за счет дрейфа нуля усилителей, температурной нестабильности и т.д., приводит к снижению точности установ3

ки длительности импульсов на выходе широтно-т-птульсного модулятора, а тем самым к снижению точности оценки отношения двух моментов различных порядков нормированной взаимно коррляционной функции двух случайньк процессов. Для повышения точности необходимо обеспечить идентичность характеристик каналов (блоков умно. жения), а невыполнение этого требования ведет к снижению точности

устройства,

I

Цель изобретения - повьшение точности измерения и упрощение устройства-.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый сумматор, первый многозвенны I фильтр га-го порядка, вход которого объединен с входом первого многозвё.ного фильтра g-ro порядка и являетс первым входом устройства, выход первого многозвенного фильтра т-го порядка соединен с первым входом второго сумматора, выход первого многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого объединен с управляющим входом второго ключа, входом блока регистрации и подключен к выходу широтноимпульсного модулятора, вход которого подключен к выходу первого интегратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, второй многозвенный фильтр т-го порядка, вход которого объединен с входом второго многозвенного фильтра g-ro порядка и является вторым входом устройства, выход второго многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом второго ключа, введены два квадратора, четыре эл-емента НЕ, четыре блока усреднения, четыре коммутатора и генератор тактовьпс импульсов, выход которого соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, первьм информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора и подключен к входу второго многозвенного фильтра g-ro порядка, вькод первого коммутатора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к вы4741 .4

ходу первого блока усреднения, вход которого подключен к выходу первого ключа, выход второго сумматора через первый квадратор соединен с входами второго элемента НЕ и первьм информационным входом второго коммутатора, второй информационный вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ, выход второго

0 коммутатора через второй блок усреднения подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго ключа через третий блок усреднения подключен к первому входу первого

s сумматора, второй вход которого подключен к.выходу третьего коммутатора, первьй информационный вход которого подключен к выxoд5J третьего элемента НЕ, вход которого соединен

0 с вторым информационным входом третьего коммутатора и подключен к входу первого многозвенного фильтра g-ro порядка, выход первого многозвенного фильтра т-го порядка через четвер5 тьш элемент НЕ подключен к третьему входу первого сумматора, выход которого через второй квадратор соединен с первым информационным входом четвертого коммутатора и входом пятого

Q ;элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным-входом четвертого коммутатора, выход которого через четвертьй блок усреднения подключен к второму входу третьего сумматора.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства для оценки отношения корреляционных моментов.

Устройство содержит многозвенные фильтры га-го порядка 1.1 и 1.2, импульсная переходная характеристика которых равна

i.lb

О К

(1)

: многозвенные фильтры g-ro порядка 2.1 и 2.2,импульсная переходная характеристика которых равна

-i n-t

Q(t)-4t-e r , .(2) k VT I

где Т - постоянная времени каждого звена;

п - 1,2... - количество звеньев; g, m - 0,1,2... - порядок оценивания моментов.

элементы НЕ 3.1| Зш2, 3.3, 3.4 и 3.5, ключи 4..1 и 4.2, блоки усреднения

10, генератор 11 тактовых импульсов и блок 12 регистрации, входы многозвенных фильтров т-го и g-ro порядков 1.1 и 2.1: соответствующий информационный вход коммутатора 6.3 и вход элемента НЕ 3.2 объединены и являются первым входом устройства, а входы многозвенных фильтров 1.2 и 2.2 т-го и g-ro порядков, соответствующий ин-/ формационный вход коммутатора 6.1 и вход элементна НЕ 3.1 объединены и являются вторым входом устройства, выход многозвенного фильтра 1.1 т-го порядка соединен с первым входом сумматора 7.1, второй вход которого соединен с выходом коммутатора 6.1, а выход многозвенного фильтра 1.2 т-го порядка через элемент НЕ 3.4 соединен с соответствукицим входом сумматора 7.2, другой вход которого соединен с выходом коммутатора 6.2, выход многозвенного фильтра 2.1 ш-го порядка через последовательно соединенные ключ 4.1 и блок 5.1 усреднения соединен с третьим входом сумматора 7.1, а выход многозвенного фильтра 2.2 g-ro порядка через последовательно соединенные ключ 4.2 и блок 5.3 усреднения соединен с соответствующим входом сумматора 7.2, вход квадрато-ра 8. 1 соединен с выходом сумматора 7.1, а его выход - непосредственно с первым информационным входом .и через инвертор 3.2 с вторым информационным- входом коммутатора 6.2, выход которого через блок усреднения 5.2 соединен с пеовым входом сумматора 7.3; вход квадратора -8.2 соединен с выходом сумматора 7.2, а его вы-. ход - непосредственно с первым информационным входом и через элемент. 3.5 с BTopbiM информационным входом коммутатора 6.4, вьосод которого через блок 5.А усреднения соединен с вторьм вх дом сумматора 7.3, выход которого через последовательно соединенные интегратор 9 и ишротноимпульсный модулятор 10 соединен с управлякщими входами ключей 4.1 и 4.2 и входом блока 12 регистрации, выход генератора . 11 тактовых импульсов подключен к управляющим

входам .коммутатора 6.

Устройство работает следующим образом.

При подаче на входы устройства центр1фованных случайных процессов x(t) и y(t) па входе фильтра многозвенного 1. 1 т-го порядка форм.ируеся сигнал

оо ,

и, H(C)x(t-7)de . (3)

о

а на выходе мног-озвенного фильтра 1.2 т-го порядка сигнал

Уг J- H(c)y(t-)d;

(4)

на выходе многозвенного фильтра 2.1

g-ro порядка сигнал

00.

и, - J . G(t)(t-r)d

(3)

а на выходе многозвенного фильтра 2.2 g-ro порядка сигнал

00

U4 J G(7r)5(t-t)

(6)

На выходах блоков усреднения 5.1 и 5.3 соответственно будем иметь сигналы

ОЭ

% 2 (t) СШ x(t-r)(JC; (7) Ue (t)j° G(2r) y(t-t-)JC, (8)

0

где (t) - коммутационная функция

ключей 4.1 и 4.2, равная А во время замкнутого ключа и равная -А во время T(j - IT открытого ключа Т - период импульсов широтноимпульсного модулятора 10 А - постоянная величина. При нахождении коммутаторов 6,1, 6.2., 6.3 и 6.4 в положении как показано на чертеже на выходе сумматора 7.1 будет сигнал

и; (и, - Uj) + Ht),

(9)

а на выходе сумматора 7.2 сигнал

и -и, (-1) -и(-1) -x(t) (10)

где ()и(-1Я - веса соответственно по первому и второму входам сумматора 7,2.

На вькоде квадратора 8.1 и входе блока 5.2 усреднения сигнал и; Ccu.-us) +(t)% (11); на выходе квадратора 8.2. VL-Ua -l))- (t)l 12) и на входе блока 5.4 усреднения сигнал (-и,).. При нахождении коммутаторов 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 в положении, противо положном показанному на чертеже, на выкоде сумматора 7.1 будем иметь сигнал uf (и, - %) - y(t), (13) на выходе сумматора 7.2 сигнал иё -и(-1Г -%(-1)+x(t), (14 на вьпсоде квадратора 8,1 и; Г(и,-и5). - y(t)S(15) а на выходе блока 5.2 усреднения сиг нал (-Uq), на выходе квадратор.я 8.2 и входе блока 5.4 усреднения ,(-i)u,(-i)(t)s Генератор тактовых импульсов, осу ществляя принцип временного разделения, позволяет получить на входе блока 5.2 усреднения переменный сигнал, имеющий форму меандра, амплитуда положительных импульсов, которого равна Ua , а отрицательных (-U), а на выходе блока 5.4 усреднения переменньй сигнал, также имекщий фор .му меандра, амплитуда положительных импульсов которого равна U., а отрицательных (-Цд) . На выходе блока 5.2 усреднения . 5.3 с учетом выражений (3), (7),(13) и (15), будем иметь.сигнал . 00 . u,,LnH(2:)5(t-)Jt-,2(t)| ссг-) о-о §(t-г)rt f(t)., , а на вькоде блока 5.4 усреднения со Щг L(-iTl н(r)(t-г) -(-1)4(t)J G(i:)y(t-o)dt(t)(1 о на выходе сумматора 7.3 будем иметь сигнал и,- и,, -ь и, ,(19) а на выходе интегратора 9 сигнал Ui4, пропорциональный оценке математического ожидания суммы сигналов UK- ti ОД, действием которого широтно-импульсный модулятор 10 изменяет д.штельность импульсов до тех пор, пока математическое ожидание сигналов f, станет равным нулю, т.е. О, тЬгда в установившемся режиме (когда 0) с учетом вьфажений (1) (2) , (17) и (18) пол5чим (t)at . -ОР гдерц,- нормированная взаимно корреляционная функция случайных сигналов y(t) и x(t). В качестве оценки отношения моментов взаимно корреляционных функций исследуемых процессов принимается относительная длительность импульсов широтно-импульсного модулятора 10, измеряемая блоком 12 регистрации. Точность устройства обеспечивается за счет применения компенсационного метода измерения оценки математического ожидания и может быть определена с высокой точностью. Кроме того, точность оценки математического ожидания на выходе интегратора 9 в предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором, блоком умножения), а в прототипе зависит и в основном олре- : деляется его точностью. За счет упрощения конструкции предлагаемого устройства, как показали расчеты, наработка на отказ увеличилась на 30%. Реализация предлагаемого устройства не представляет технических трудностей. В качестве генератора тактовых импульсов может быть использован автоколебательньй мультивибратор, коммутаторы и ключи могут быть реализованы на полевых транзисторах, элементы НЕ, интегратор и сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях ЗД , блок усреднения на операционном усилителе, многозвеннью фильтры т-го и g-ro порядков могут быть реализованы на (m+n) и (g+n) последователь91164741 . . 10но включенных фильтрах нижних частот методом кусочно-линейной аппроксис передаточными функциями Ч, -, мации с помощью диодов или стабшшквадратор может быть реализован

тронов 3 .