Многоканальное устройство для определения модуль-структурной функции Советский патент 1985 года по МПК G06F7/52 G06F17/18 G06G7/19 

I Изобретение относится к специализированным средствам вычислитель ной техники и предназначено для статистического анализа случайных процессов, в ТОМ- числе и нестационарных, путем вычисления модульструктурной функции. Целью изобретения является расш рение функциональных возможностей за счет расширения класса решаемых задач. На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства-, на фиг.2 5 - графики модуль-структурной функции соответственно чисто слу чайного процесса (Белый шум) Ц (t) с /UH 0ийц 1, синусоиды x(f) X m sin - ; смешанного аддитивного процесса вида () (j(t) + x(i;) и нестационарного случайного аддитивного процесса вида Z (t) lj(i) + U(t) , где линейная функция (линейный тренд) U (t)al;+B, где 3 свою очередь, а и Ь - постоянные величины. Устройство содержит М-каскадную линию 1 задержки, блоки вычи тания, блоки вычисления модуля, фильтры ,-4 и регистратор 5. В основу анализа случайных процессов в устройстве положена модул структурная функция, определяемая выражением i J . . 4.r/ ;-2uj/; для дискретизованных и квантованны значений случайного процесса Тр- к/Zlt)-(i + ())/dt, (2) для непрерывной реализации случайного процесса, где . дискретизованное и квантованное значение случайного процесса в 1-й момент врем ни , соответствующее значение, сдвинутое на j тактовi и - число анализируемых точек; Z(-fc)- реализация случайного процесса, 2(i4;| соответствующее значение ре лизации, но сдвинутое на вр мя t/ , t - время сдвига случайного про цесса, - 22 0 - конечное время сдвига случайного процесса; р- время реализации случайного процесса. Устройство работает следующим образом. На вход устройства подается сигнал 2: (i) (напряжение, ток), пропорциональный реализации случайного процесса, который поступает одновременно на один из входов блоков (2,-2) вычитания и первый каскад m-каскадной линии 1 задержки, в которой происходит сдвиг сигнала на время О , где - - время квантования сигнала, равное или меньшее времени корреляции. С выходов каскадов линии 1 задержки сигналы поступают на другие входы блоков (2f2 ) вычитания. Причем задержка сигнала, поступающего в k -ый канал . с выхода k -го каскада w -каскадной линии 1 задержки равна (t +k)l . Сигналы с выходов блоков 2-2 вычитания поступают соответственно на входы блоков вычисления модуля, с выходов которых преобразованный сигнал поступают соответственно на входы фильтров низкой частоты, на выходе кавдого из которых получаются сигналы, пропорциональные текущему значению модуль-структурной функции LK{). Характерной особенностью анализа случайных процессов при помощи модуль-структурной функции является то, что наряду с качественной оценкой (например, стационарный случайный процесс типа Белый шум, фиг.2 чисто гармонический процесс - синусоида, фиг.1 аддитивный процесс синусоида + стационарный случайный процесс, фиг.4/ нестационарный по математическому ожиданию процесс, фиг.5) можно получить некоторые количественные оценки. значению первой точки модуль-структурной функции (фиг.2,4 и 5) определяют дисперсию или среднее квадратическое отклонение (СКО) стационарной случайной составляющей по формуле Гм где Ju - СКО случайной составляющей с параметрами: /и,,0 и dy П значение первой точки модуль - структурной функции. По максимальному значению модульструктурной функции L (фиг.З и 4) определяют амплитудное значение х синусоидальной составляющей «1,57 L, По углу наклона L касательной к части модуль-структурной функции, текущее среднее значение которой о клоняется от горизонтальной прямо (фиг.З), определяют параметр време ного тренда U(t oft+р., (5) где и(i) - линейная (детерминированная) функция i ot и ft - постоянные параметры функции. По отношению СКО исходного процесс (л к среднему значению модулb-cTp Турной функции f4j определяют стационарный или нестационарный исход ный процесс, при И ctL 7j7-Oi процесс стационарн - процесс нестацио;о6,;.0.9 нарный и т.д. В отличие от коррелометров и спектрометров предлагаемое устройство позволяет исследовать не толь стационарные, но также и нестационарные случайные процессы. По графическому виду модуль-структурной функции (фиг.2-5) можно судить о характере случайного процесса. Если в случайном процессе присутствует гармоническая составляющая, то по модуль-структурной функции можно определить период основной (первой) гармоники и высших гармонических составляющих. В случае нестационарности случайного процесса по математическому -ожиданию модуль-структурной функции (фиг.З) можно определить величину, например, линейного тренда. К отличие от известного устройства для вычисления структурной функции предлагаемое устройство позволяет производить и количественную оценку случайных процессов. Так по значению первой точки 1 (при § 0) (фиг.2,4 и 5) мъдуль-структурной функции в любом смешанном процессе (в котором присутствует чисто случайная составляющая) можно оценить дисперсию (СКО) этой случайной составляющей (формула 3). При наличии в случайном процессе скрытых периодичностей по максимальному значению модуль-структурной функции L f по формуле (4) можно вычислить амплитудное значение первой гармонии . irtv

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОДУЛЬ-СТРУКТУРНОП ФУНКЦИИ, содержащее m -каскадную линию задержки, вход первого каскада которой является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены регистратор, а в каждый канал - последовательно соединенные блок вычитания, блок вычисления модуля и фильтр нижних частот, причем выходы фильтров нижних частот всех каналов соединены соответственно со входами регистратора, выход которого является выходом устройства, первые входы блоков вычитания всех каналов объединены и подключены ко 9 входу первого каскада tb -каскадной линии задержки, выходы каскадов которой соединены соответственно со вторыми входами блоков вычитания каналов. Ч со Од Ч Nd

Л

Цх)

риг. 5