При лзучении -случайных процессов для их описания используются положения математической статистикиНаиболее полно характеризуют случайный процесс спектральная плотность распределения и корреляционные функции. Для большого класса случайных процессов (так называемых стационарных случайных процессов) спектральная плотность распределения и корреляционная функция связаны простым математическим преобразованием Фурье.
Известны корреляторы, то есть приборы, позволяющие получать корреляционные функции. Существуют также различного рода анализаторы спектров. Однако во многих случаях исследуемый случайный процесс не может быть зарегистрирован непосредственно, а зарегистрирзется лишь динамическая реакция какой-либо сложной механической системы на изменение величины исследуемого случайного процесса. При этом реакция системы также является случайной функцией времени, но эта функция имеет свои вероятностные характеристики. Так, например, при изучении турбулентности атмосферы с номошью перегрузочных приборов, установленных на самолете, можно измерить и зарегистрировать не сами турбулентные образования, существующие в атмосфере, а лищь реакцию самолета на воздействие на него турбулентных порывов воздуха. Ни один из существующих методов не позволяет получать в этом спектральную плотность распределения (энергетический спектр) или автокорреляционную функцию самого исследуемого процесса.
Предлагаемый способ позволяет получить энергетический спектр стационарного случайного процесса и для этого общего случая. В основу метода положено известное соотношение:
5/(со)Ф(Уо))-5, (о),
где: 5/ - энергетический снектр динамического воздействия на механическую систему;
Л-ь 124683- 2 -
Ф(/а)) - передаточная функция системы;
,r(fj) - спектральная плотно-гть распределения реакции системы на стационарное слзчайное воздействие.
Передаточная функция системы может быть снята экспериментально либо вычислена теоретически. Для получения спектра турбулентности передаточная функция самолета вычислялась на БЭСМ.
На фиг. 1 и 2 изображены блок-схемы прибо:ров, с помощью которых реализуют предлагаемый метод для случая исследования энергетического спектра атмосферной турбулентности, причем на фит. 1 показана блок-схема регистрирующей системы, устанавливаемой на борту самолета, а на фиг. 2 - схема лабораторной установки, производящей статистическую обработку и функциональные преобразования.
Регистрирующая часть состоит из датчика перегрузок /, включенного в схему измерительного моста 2, частотно-импульсного модулятора 3 и записывающего магнитофона 4. Применение частотно-импульсной модул5щии позволяет регистрировать на магнитной ленте процессы с очень малыми частотамИ флюктуации. Использование магнитной па1мяти дает возможность в широких пределах сжимать и растягивать запись во времени при воспроизведении, а также удобно тем, что позволяет воспроизводить запись в электрических величинах.
Лабораторная часть установки состоит из воспроизводящего магнитофона с переменной скоростью протяжки 5, дискриминатора импульсов 5, усилителя 7 и ряда фильтров Ф, Фа, . . ., Ф22. После каждого фильтра включен квадратичный детектор Дь Д2, - . , Д22. Напряжение на выходе каждого детектора с помощью делителя напряжения К, Kz, . ., Kzz умножается на коэффициент, сбратно-прошорциональный квадрату модуля передаточной функции системы (самолета) для частоты данного фильтра. Совокупность делителей напряжения представляет собой электрическую модель передаточной функции системы. Таким образом, напрял ение на выходе каждого канала пропорционально энергии изучаемого стационарного случайного процесса, заключенной в полосе частот, пропускаемой данным каналом.
С помощью электромеханического коммутатора 8 выходы каналов подключаются к электронному индикатору 9, на экране которого получается энергетический спектр исследуемого процесса в виде отдельных вертикальных линий.. По оси aibcuncc отложена частота по логарифмической щкале, по оси ординат - уровень энергии в децибеллах. Для получения спектра турбулентности использовались блоки спектрометра типа СНЧ. Изменение скорости протяжки пр воспроизведении позволяет использовать спектрометры, поло1са; частот которых не совпадает с полосой частот исследуемого процесса.
Пир едмет изобретения
1-. Способ: получения энергетического спектра любого стационарного случайного процесса, не поддающегося непосредственной регистрации, но обнаруживающего себя, в; виде динамическойреакции какой-либо механической системы, испытывающей на себе воздействие этого процесса (в частности получения энергетического спектра атмосферной турбулентности, воздействующей на самолет,, по динамическим перегрузкам, испытываемым самолетом при полете в зоне турбулентности), путем применения блока магнитной памяти с частотно-импульсным модулятором, о т л и ч а ю щ и,й с я тем, что, с целью разложения динамической реакции механической системы на гармонические составляющие, демодулятор подключают на вход спектрометра и соотношение между скоростями протяжки магнитной ленты при записи и воспроизведении устанавливают таким, при котором полосы частот исследуемого процесса и спектрометра совпадают2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью определения энергетического сиектра исследуемого процесса, между квадратичным детектором и коммутатором в каждый канал спектрометра включают делитель напряжения, служащий для умножения постоянного напряжения на выходе детектора на числовой коэффициент, обратно-пропорциональный квадрату модуля передаточной функции механической системы для частоты данного канала, причем совокупность всех делителей в действии представляет собой электрическую модель передаточной функции системы.
- 3 124683
