Анализатор длительностей выбросов случайных процессов Советский патент 1987 года по МПК G06G7/52 

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоватся, в частности, для экспериментального определения плотности распределения длительностей выбросов стационарных эргодических случайных процессов.

Цель изобретения - повьпдение точности измерений и расширение частот ного диапазона за счет адаптации анализатора к средней длительности выбросов.

На чертеже представлена функциональная схема анализатора длительно тей выбросов случайных процессов.

Анализатор содержит пороговый элмент 1, формирователь 2 импульсов, первый элемент И 3, генератор 4 тактовых импульсов, второй элемент И 5 счетчик 6 средней длительности выбрсов, делитель 7 частоты, формирователь 8 импульсов времени индикации, триггер 9, счетчик 10 адреса, дешифратор 11, элементы И 12 группы сче чики 13 группы, элементы 14 индикации группы, счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета.

Предлагаемый анализатор строится по адаптивному принципу. В условиях априорной неопределенности временны и частотных характеристик исследуемго сигнала, в анализаторе осуществляется оптимизация его параметров в соответствии со статистическими свойствами реализации процесса.

Время измерений устанавливается автоматически обратно пропорционально ширине полосы частот процесса;, причем небольшая часть этого времен отводится на предварительную оценку средней дл1 тельности выбросов за уровень анализа, а оставшаяся большая часть времени затрачивается на измерение плотности распределения длительности выбросов с заданной тоностью при оптимальных времячастот- ных параметрах анализатора.

Измерения в анализаторе заканчиваются в момент накопления заданного числа Е выбросов за уровень анализа, чем достигается постоянство максимальной среднеквадратичной статистической погрешности 5ц Q|(Jё ,

(где 1 - число каналов измерителя) и независимость от уровня анализа за счет постоянства объема статистики .

2

Автоматический выбор по результатам адаптации ширины дифференциального коридора, пропорциональной средней длительности выбросов, позволяет расширить частотный диапазон исследуемых процессов без снижения требуемой точности и без увеличения числа каналов анализатора распределения длительности выбросов.

В процессе адаптации определяется для делителя с переменным коэффициентом деления, управляемого кодом, оптимальный коэффициент деления п„ частоты генератора счетных импульсов

f

задающего минимальный интермякс

вал Т„„„ , временной дискретизации. Преобразование длительности выброса в код происходит путем подсчета количества импульсов частоты ff, fucn/rij.,, , прошедших за время существова 1ия выброса. Выбор , где - оценка средней длительности выбросов по результатам адаптации, позволяет обеспечить оптимальный интервал временной дискретизации (дифференциальный коридор)

i -- п Т ,

- 1

прямопроо

5

0

5

0

5

порциональный средней длительности выброса (С KI const) .

Адаптация к средней длительности выбросов заканчивается автоматически за время Т, соответствующее накоплению N выбросов процесса над данным

Т N

уровнем анализа. Выбор -т ;; 1

1 Ь

обеспечивает постоянную и небольшую долю времени на адаптацию Т по отношению к общему времени анализа Т. Выбор N и Е осуществляется из компромиссных соображений таким образом, чтобы максимальные статистические погрешности адаптации 1/-|17 и измерений плотности распределения

J1/E 1-канальным анализатором оставались допустимыми при приемлемом значении времени анализа Т.

Такой компромисс достигается, на-, пример, при Е 10 , N (10 -Ю ), N/E (10 - 10 ) с учетом того, что высокой точности адаптации для нормальной работы анализатора не требуется.

Теоретические исследования показывают, что область оптимальных значений ширины дифференциального коридора

1л ё

минимизирующих сум(u t )opt - ,

марную статистическую и аппаратурную

погрешности анализатора, является достаточно размытой и заключена в пределах ( д-с; ) ц. к (0,07-0,25) Сср в зависимости от объема выборки Е, уровня анализа, характера распределения длительности выбросов. Целесообразно воспользоваться средним значением С 1/6, т.е. (uTDop. /6. С учетом того, что максимальная изме- ряемая длительность выброса составляет обычно порядка с макс (2-3) Тср , оптимальное число каналов анализатора

получается равным

1,

макс

°Р 12-18, удобно взять за основу 1 16.

Результаты адаптации к Т„ оказываются зафиксированными к моменту Т в виде кода в счетчике 6 средне длительности выбросов. Этот счетчик подсчитывает число импульсов 21 частотой , прошедших за.время суш,е

F

ствования N выбросов:

я

21 f«,, f««Kc N c N i I

С 9

Последовательное соединение счет- . - N

чика на (р) 6N импульсов и счетчика

L .

на ( импульсов в составе счетчика 6 средней длительности выбросов позволяет зафиксировать в последнем

к моменту окончания адаптации код п.„ ,, пропорциональный

ср

-махе

ср

Выбор, например, (п ) 2 позволяет автоматически перекрыть

д-р 3 частотный диапазон Df 10

мий

при изменении уровня анализа от V/(j О до V/6 3, где G - среднеквадратичное значение процесса.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 6 средней длительности выбросов, счетчик 10 адреса, счетчики 13 группы, и счетчик 15 общего числа выбросов сброшены в О, на первом выходе счетчика 15 общего числа выбросов имеется высокий потенциал, открывающий по одному входу второй элемент И 5, а на втором выходе счетчика 15 общего числа выбросов имеется низкий потенциал, закрывающий первый элемен И 3. Это состояние соответствует началу процесса адаптации анализатора

10

15

25

30

35

.

45

gQ gg т

к средней длительности выбросов исследуемой реализации х(с) над уровнем V в пороговом элементе 1, который представляет собой компаратор напряжения. На его выходе образуются прямоугольные импульсы стан.гдартной амплитуды, длительность которых равна длительности выброса за уровень анализа V. Эти импульсы поступают на вход формирователя 2 импульсов, представляющего собой дифференцирующую цепь для формирования из прямоугольного импульса выброса два коротких импульса, соответствующих началу и концу выброса. Передний фронт импульса выброса переводит триггер 9 в состояние. 1, а задний сбрасывает в О.

Импульсы выбросов с выхода порогового элемента 1 начинают накапливаться в счетчике 15 общего числа выбросов. Одновременно они поступают на первый вход открытого второго элемента И 5, на третий вход которого подаются счетные импульсы частотой иакс генератора 4 тактовых импульсов. С выхода второго элемента И 5 пачки импульсов частотой f,,;; и длительностью, совпадающей с длительностью выбросов, подсчитываются счетчиком 6 средней длительности выбросов .

Процесс адаптации анализатора к средней длительности выбросов продолжается вплоть до накопления в счетчике 15 общего числа выбросов заданного количества импульсов N. В этот мо- мент на его первом выходе появляется низкий уровень напряжения, закрывающий второй элемент И 5 и препятствующий дальнейшему прохождению пачек импульсов частотой , счетчик 6 средней длительности выбросов, в котором устанавливается код и . Этот код задает коэффициент деления делителя 7 частоты, представляющего собой реверсивный счетчик с предварительной установкой кода.

С выхода делителя 7 частоты периодическая последовательность импульсов частоты f поступает на второй вход первого элемента И 3, на третий вход которого подается открывающий высокий уровень с второго выхода счетчика 15 общего числа выбросов.

С этого момента начинается анализ Е выбросов, где (E+N)-полная емкость

счетчика 15 общего числа выбросов. С приходом переднего фронта очередного выброса триггер 9 устанавливается в 1, открывает по первому входу первьш элемент И 3 на все время длительности выброса и последовательность импульсов оптимальной частоты f|, -f ijujc/ cp начинает проходить на вход счетчика 10 адреса. По мере пос ;тупления импульсов с интервалом, равным ширине дифференциального коридора д сГ Т -- (ср /6, в счетчипке 10 адреса сменяются адреса-коды,

управляющие дешифратором 11, на его выходах поочередно появляется высоки уровень, открывающий один из элементов И в составе элементов И 12 группы. В момент окончания выброса на выходе формирователя 2 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, сбрасывающий в нуль триггер 9 который низким логическим уровнем закрывает по первому входу первый элемент И 3. В составе 1 элементов И 12 группы остается открытым только один элемент, номер которого раве целому числу дифференциальных коридоров, уложившихся на протяжении дли- тельности данного выброса. Через это открытый элемент в одноименный счетчик 13 группы проходит один импульс с второго выхода формирователя 2 импульсов в момент окончания данного выброса. Одновременно-этот импульс обнуляет счетчик 10 адреса, подготавливая его к приему адреса следующего выброса.

В редких случаях появления выбро- сов, длительность которых превышает максимальную измеряемую счет- :чик 10 адреса переполняется еще до окончания выброса и на его выходе появляется импульс, поступающий на вто- рой вход элемента 16 запрета, триггер в составе которой высоким уровнем напряжения закрывает дешифратор 11.

Все элементы И 12 группы оказываются закрытыми и ни в один из счетчи- ков 13 группы не проходит импульс в момент окончания сверхдлинного выброса, а только происходит обнуление счетчика 10 адреса.

Общее количество таких сверхдлин- ных выбросов из числа Е выбросов, прошедших за время анализа, может быть ycTaHOBjreHo после окончания измерений по разнице между числом Е и

суммарными показаниями всех накопительных счетчиков 13 группы. При правильном выборе 1 количество сверх- выбросов € макс ответствует режиму усечения хвоста плотности распределения, не должно превышать единиц процента от числа Е.

К моменту заполнения счетчика 15 общего числа выбросов измерения автоматически заканчиваются и в счетчиках 13 группы оказываются зафиксированными 1 ординат плотности распределения длительностей выбросов реализации данного случайного процесса.

Оценка плотности распределения находится по формуле

)

1,1 At Е

ё i 1; о iuT

где h I

ДТ п

-показания i-ro счетчика 13 группы i

-общее количество выбросов за время анализа

со ширина дифференциального коридораi П|, - текущий коэффициент деле- ния управляемого делителя 7 частоты; период следования

счетных импульсов с генератора 4 тактовых импульсов. Целесообразно выбрать, например, макс 10 МГц, тогда it 10 п и при Е Ю

)

юЧ,

Для индикации h; в анализатор вводятся элементы 14 индикации группы. Текущий коэффициент деления фиксируется индикаторами, входящими в состав счетчика 6 средней длительности выбросов. Индикаторы п ропределяют масштабы кривой плотности W( C ;) по осям абсцисс и ординат.

Продолжительность индикации определяется формирователем 8 импульсов времени индикации, в состав которого входит одновибратор, вырабатывающий импульс заданной длительности, начиная с момента заполнения счетчика 15 общего числа выбросов. На все время индикации с первого выхода формирователя 8 импульсов времени индикации импульс одновибратора удерживает в нуле счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета, закрывающий дешифратор 11 и препятствующий дальнейшему накоплению имгГульсов в счетчиках 13 группы.

За время индикации оператор должен зафиксировать показания h- всех счет- чиков 13 группы и текущего коэффициента деления п

ср

с целью построения

гистограммы оценки плотности распределения длительностей выбросов ) по 1 точкам,

В момент окончания индикации импульс с второго выхода формирователя 8 импульсов времени индикации сбрасывает в О счетчик 6 средней длительности выбросов и счетчики 13 группы.

На этот цикл измерений плотности распределения длительностей выбросов на данном уровне V заканчивается и схема анализатора оказывается в исходном состоянии. При сохранении не- изменного уровня анализа V и реализации стационарного случайного процесса х(с) на входе анализатора циклы измерений автоматически повторяются, благодаря чему точность оценки плотное- ти распределения длительности выбросов может быть повышена путем усреднения результатов измерений по всем циклам.

Смена уровня анализа V влечет за собой повторение всей описанной про цедуры, начиная с адаптации анализатора к средней длительности выбросов над новым уровнем анализа и кончая индикацией результатов измерений.

Форм у л а изобретения

Анализатор длительностей выбросов случайных процессов, содержащий пороговый элемент, информационный вход которого является информационным входом анализатора, вход задания порога порогового элемента является одноименным входом анализатора, а выход

порогового элемента соединен с входо формирователя-импульсов и с первым входом первого элемента И, счетным входом счетчика средней длительности выбросов, разрядные выходы которого подключены соответственно к информационным входам делителя частоты, управляющий вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и

5

0 5

0 5

0

5

подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй элемент И, выход которого соединен с информационным входом счетчика адреса, разрядные вых-оды которого соединены соответственно с группой информационных входов дешифратора, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, выходы которых подключены соответств енно к счетным входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с входами элементов индикации группы, формирователь импульсов времени индикации, первый информационный выход которого подключен к входам сброса счетчика средней длительности выбросов и счетчиков группы, триггер, вход установки в О которого соединен с первым выходом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом установки в 1 триггера, входом сброса счетчика адреса и с вторыми входами элементов И группы, первый вход второго элемента И соединен с выходом триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона за счет его адаптации к средней длительности выбросов, в него введены счетчик общего числа выбросов и элемент запрета, разрешающий вход которого соединен с выходом переполнения счетчика адреса, выход элемента запрета соединен со стробирующим входом дешифратора, а вход запрета элемента запрета объединен .с входом сброса счетчика общего числа выбросов и подключен к второму информационному выходу формирователя импульсов времени индикации, вход запуска которого подключен к выходу переполнения счетчика общего числа выбросов, выход первого разряда которого соединен с третьим входом первого элемента И, разрядный выход счетчика общего числа выбросов подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу делителя частоты, счетный вход счетчика общего числа выбросов соединен с выходом порогового элемента.

Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться для определения плотности распределения длительностей выбросов стационарных случайных процессов. Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение час- тотн-ого диапазона за счет адаптации 1 xitl к средней длительности выбросов. Анализатор содержит пороговый элемент 1, формирователь 2 импульсов, элементы ИЗ, 5, генератор 4 тактовых импульсов, счетчик 6 средней длительности выбросов, делитель 7 частоты, формирователь 8 импульсов времени индикации, триггер 9, счетчик 10 адреса, дешифратор 11, группу 12 элементов И, группу 13 счетчиков, элементы 14 индикации группы, счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета. Анализатор позволяет в отсутствие предварительной информации о статических свойствах случайного процесса автоматически выбирать минимально необходимое время анализа и оптимальную ширину дифференциального коридора, обеспечивающие заданную допустимую статическую и аппаратурную погрешности измерений. 1 ил. (Л г со ел 4