Анализатор распределения интервалов Советский патент 1988 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительной технике,в частности для определения статистических характеристик стационарных эргодических случайных процессов с помощью специализированных вычислительных устройств, и может быть использовано для аппаратурного измерения плотностей распределения интервалов времени, в течение которьк случайный сигнал пребывает внутри, а также вне заданных границ, в таких областях, как радиолокации ,и связь, медицина, метеорология, дефектоскопия и других.

Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона за счет адаптации к средним интервалам пребьюания, а также расширение функциональных возможностей за счет одновременного анализа интервалов пребьшания как внутри, так и вне заданных границ.

На фиг. 1 изображена функциональная схема анализатора распределения интервалов;.на фиг. 2 - временные диаграммы работы анализатора.

Анализатор содержит пороговые элементы Г и 2, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, формирователь 4 импульсов, генератор 5 импульсов, элементы И 6 и 7, счетчик 8 импульсов, блок 9 задания времени индикации, счетчики 10 и 11, управляемые делители 12 и 13 частоты, элементы И 14 и 15, элемент ИЛИ. 16, элементы 17 и 18 задержки, адресный счетчик 19, элемент 20 запрета, дешифратор 21, группы 22 и 23 элементов И, а также группы 24 и 25 накопительных счетчиков.

В предлагаемом анализаторе производится одновременное измерение плотностей распределения интервалов пребьшания мгновенных значений случайного процесса как внутри, так и вне заданных границ. Измерению предшествует адаптация анализатора к статистическим характеристикам данного .случайного процесса, в предположении его стационарности и эргодичности на интервалах адаптации и измерений.

Необходимость в адаптивном построении анализатора вызвана тем, что предварительная информация о случайном процессе обычно частично или полностью отсутствует. Это препятствует рациональному построению анализатора и влечет за собой либо усложнение его схемы и увеличение времени измерений из-за поиска нужных диапазонов, либо снижение точности измерений.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 8 импульсов, счетчики 10 и 11, адресный счетчик 19, накопительные счетчики

24 и 25 сброшены в О, на первом выходе счетчика 8 имеется высокий логический уровень напряжения, открывающий по одному входу первьм 6 и второй 7 элементы И. На втором выходе

счетчика 8 имеется низкий логический уровень напряжения, .закрьшающий по другому входу третий 14 и четвертьй 15 элементы И и препятствующий накоплению информации в счетчиках 24 и 25.

Это состояние соответствует началу этапа адаптации анализатора к средним интервалам пребьшания процесса внутри и вне заданных границ, установленных пороговыми уровнями и, и Uj

на вторых входах первого 1 и второго

2пороговых блоков. Исследуемый случайный процесс x(t) поступает на их - объединенные первые входы.

На выходе первого порогового элемента 1 возникают прямоугольные импульсы стандартной амплитуды, длительности которых равны длительностям выбросов t, за нижний уровень анализа и, (фиг. 26). Аналогично на

выходе второго порогового элемента 2 возникают импульсы, длительности которых равны длительностям выбросов процесса за .верхний пороговый уровень иJ (фиг.2в).

Для получения интервалов пребывания процесса внутри зоны анализа (ит и используется элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3,,на первом выходе которого возникают импульсы Только в

моменты антисовпадений импульсов на его входах, т.е. осуществляется операция суммирования по модулю 2 (фиг.2г). На втором выходе элемента

3имеется инверсная последователь- ность импульсов (фиг. 2д), соответствующая интервалам непребывания процесса в заданных границах.

Импульсы пребьшания (фиг.2г) открывают по второму входу первый эле- мент И 6, а импульсы непребывания (фиг. 2д) открывают по второму входу второй элемент И 7. В соответствующие интервалы времени пачки счетных импульсов частотой f ..акс с

генератора 5 импульсов проходят поочередно с третьих входов на выход первого 6 или второго 7 элементов И и подсчитываются или счетчиком 10, или счетчиком 11.

Процесс адаптации продолжается .вплоть до момента накопления в счетчике 8 числа интервалов пребьшания заданного количества импул1зсов ,1 Е, где (E+N) - полная емкость счетчика 8. В этот момент на первом выходе счетчика 8 появляется уровень О, закрьшающий по соответствующим входам первый 6 и второй 7 элементы И и препятствующий дальнейшему накоплению информации в счетчиках 10 и 11, в которых оказьшаются зафиксированными коды У-аср) равные коэффициентам деления первого 12 и второго 13 управляемых делителей частоты,

С генератора 5 импульсов счетные импульсы частотой . подаются на счетные входы первого 12 и второго 13 управляющих делителей частоты, на выходах которых возникают периодические последовательности импульсов с периодами повторения соответственно Т,

- ( й )opt y-),

ор

и Т, (Л С )„р,

If т S-cf

равными оптимальной ширине дифференциальных коридоров.

В течение времени измерений Т,, ЮТд, вплоть до заполнения емкости E+N счетчика 8, на его втором выходе держится высокий логический уровень, открывающий по соответствующим входам третий 14 и четвертый 15 элементы И, на выходах которых поочередно возникают пачки импульсов периодом Тл или Тп и длительностью, равной интервалам пребьшания или непребывания процесса внутри заданных границ. Элемент ИЛИ 16 пропускает эти пачки поочередно на вход адресного счетчика 19, в котором начинают сменяться адреса-коды, управляющие дещифратором 21, и на его выходах поочередно появляется высокий логический уровень, открьюающий один из элементов И первой 22 и второй 23 групп элементов И,

Смена адресов на входах дешифратора 21 продолжается вплоть до момен формирования коротких прямоугольных импульсов в моменты пересечения процессом заданных пороговых уровней и и и. Одновременно короткий импульс с первого или второго выхода формирователя 4 импульсов проходит через первый 17 или второй 18 элементы задержки, с выхода которых по- стзшает на первый или второй входы установки О адресного счетчика 19,

35 сбрасывая его в О и подготавливая к приему адреса следующего-интервала пребывания (непребывания), идущего без перерьша вслед за данным интервалом непребывания (пребывания).

Элементы 17 и 18 задержки представляют собой дифференцирующие схемы, вырабатывающие короткие импульсы в моменты окончания импульсов с выходов формирователя 4 импульсов,

когда запись информации в канальные счетчики уже состоялась (фиг, 2з,и), Во избежание пропусков самых ко-;.- ротких интервалов пребывания (непребывания) , время задержки в элементах 17 и 18 должно выбираться из усло40

50

ВИЯ

SaA МИН

1/f

макс

В редких

случаях появления интервалов, дпи- тельность которых превышает максимальную измеряемую кс «кс

ее --rf- MdKc макс

та окончания пачки импульсов, равной адресный счетчик 19 переполняется длительности интервала пребывания . еще до окончания интервала и на его

выходе появляется импульс, поступающий на вход элемента 20 заплзета.

процесса внутри или вне заданных гганиц, В этот момент на первом

(фиг,2е) или втором (фиг.2ж) выходах формирователя 4 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, соответствующий моменту окончания интервала пребывания или не- пребьгоания в заданных границах. Этот импульс проходит на выход только одного открытого элемента И первый 22 или второй 23 групп элементов И, содержащий по 1 элементов (по числу каналов анализатора). При этом открытым оказьшается только тот элемент И, номер которого равен целому

числу дифференциальных коридоров, уложивпгахся на протяжении данного интервала пребывания (или непребьша- ния), Через этот открытый элемент И в одноименный накопительный счетчик первой 24 или второй 25 групп

проходит один импульс с первого или . второго выходов формирователя 4 импульсов, представляющего собой схему дифференцирования, вьтрямления и

формирования коротких прямоугольных импульсов в моменты пересечения процессом заданных пороговых уровней и и и. Одновременно короткий импульс с первого или второго выхода формирователя 4 импульсов проходит через первый 17 или второй 18 элементы задержки, с выхода которых по- стзшает на первый или второй входы установки О адресного счетчика 19,

сбрасывая его в О и подготавливая к приему адреса следующего-интервала пребывания (непребывания), идущего без перерьша вслед за данным интервалом непребывания (пребывания).

Элементы 17 и 18 задержки представляют собой дифференцирующие схемы, вырабатывающие короткие импульсы в моменты окончания импульсов с выходов формирователя 4 импульсов,

когда запись информации в канальные счетчики уже состоялась (фиг, 2з,и), Во избежание пропусков самых ко-;.- ротких интервалов пребывания (непребывания) , время задержки в элементах 17 и 18 должно выбираться из усло

SaA МИН

1/f

макс

В редких

случаях появления интервалов, дпи- тельность которых превышает максимальную измеряемую кс «кс

--rf- MdKc макс

адресный счетчик 19 переполняется еще до окончания интервала и на его

51374245

триггер в составе которого высоким логическим уровнем закрывает дешифратор 21.

Обе группы элементов И 22 и 23 оказываются закрытыми и ни в один из накопительных счетчиков групп 24 . или 25 не проходит импульс в момент окончания сверхдлинного интервала, а только происходит обнуление адрес- д ного счетчика 19.

Общее количество таких сверхдлинных интервалов пребьтания (или не- пребьшания) из числа Е интервалов.

ность индикаторов и емкость каждого канального счетчика взяты исходя из величины Е, т.е. на худший случай попадания всех Е отсчетов в один канал.

Текущие коэффициенты деления первого 12 и второго 13 управ- делителей частоты фиксируются индикаторами, входящими в состав соответственно счетчиков 10 и 11.

Продолжительность индикации определяется блоком 9 задания времени индикации, в состав которого входит

и КСР

ляемых

Изобретение относится к области определения статистических характеристик и позволяет расширить частотный диапазон и повысить точность многоканального измерителя плотностей распределения интервалов пребывания стационарного случайного процесса а внутри и вне заданных границ благодаря адаптации анализатора к средним длительностям пребьгоаний и непребы; ваний. За время адаптации, составляющее постоянную и малую часть общего ; времени анализа, измеряют с заданной точностью средние интервалы пребываний реализации процесса внутри и вне зоны анализа и автоматически устанавливают пропорциональные им оптимальные дифференциальные коридоры. Адаптивное построение анализатора позволяет в отсутствии предварительной информации о статистических свойствах случайного процесса автоматически выбирать минимально необходимое время анализа и оптимальную ширину дифференциальных коридоров, чем обеспечивается заданная допустимая статистическая и аппаратурная погрешности измерений. Для решения поставленной задачи анализатор содержит дополнительные группы 23 злементов И и накопительных счетчиков 25, блок 9 задания времени индикации, элементы задержки 17, 18, элемент 20 запрета, элемент ИЛИ 16, первый и второй счетчики 10, 11, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, счетчик 8 импульсов, второй пороговый элемент 2, третий и четвертый элементы И 14, 15. 2 ил. (Л со к 4; ю 4: сл

прошедших за все время измерений, мо одновибратор, вырабатьшающий импульс

жет быть установлено после окончания измерений по разнице между числом Е и суммарными показаниями всех накопительных счетчиков групп 24 или 25.

заданной длительности t.,, начиная с

п

момента заполнения емкости E+N счетчика 8. На все время индикации с первого выхода блока 9 задания вреТакой режим работы анализатора ха- 20 мени индикации импульс одновибратора удерживает в О счетчик 8 и элемент 20 запрета, закрывающий де шифратор 21 и препятствующий дальн шему накоплению информации в канал ных счетчиках 24 и 25. За время индикации t ц оператор должен зафиксировать показания h и h; всех 21 накопительньпс канальных счетчиков 24 и 25, а также терактеризуется усечением хвостов плотностей W( 1 ) и W( ) распределения интервалов пребывания процесса внутри и вне заданных границ. При правильном выборе числа каналов анализатора относительное количество сверхдлинных интервалов 0„«кс должно--превьшгать единиц процента от числа Е, и искажения кривых W( С ) и W( C ) от усечения хвостов остаются еще допустимыми.

В случае недопустимо больших искажений, от усечения хвостов кривых плотностей W(D ) и W( t ) необходимо увеличить ширину дифференциальных коридоров ( 3 i))(,pi с -С за счет увеличения коэффициента пропорциональности С 1/6 путем снижения коэффициента деления постоянного счетчика (N/C) в составе счетчиков 10 и 11.

К моменту заполнения счетчика 8 импульсов емкостью E+N измерения автоматически заканчиваются и в накопительных счетчиках 24 и 25 оказьша- ются записанными по 1 ординат плотностей распределения интервалов пребывания реализации данного случайного процесса внутри и вне заданных границ.

Оценки плотностей распределений находятся по соответствунлдим формулам.

Для индикации h . Е и h, i Е (где h,-, h; - показания счетчика 24 и 25) в анализатор введена группа индикаторов (не показаны) в составе каждого из накопительных канальных счетчиков 24 и 25. Разрядодновибратор, вырабатьшающий импульс

заданной длительности t.,, начиная с

п

момента заполнения емкости E+N счетчика 8. На все время индикации с первого выхода блока 9 задания времени индикации импульс одновибра

тора удерживает в О счетчик 8 и элемент 20 запрета, закрывающий дешифратор 21 и препятствующий дальнейшему накоплению информации в канальных счетчиках 24 и 25. За время индикации t ц оператор должен зафиксировать показания h и h; всех 21 накопительньпс канальных счетчиков 24 и 25, а также те0

кущие коэффициенты деления Кр. и

К,

ср

по 1

5

0

5

0

5

с целью дальнейшего построения

точкам гистрограмм оценок плотностей распределения интервалов пре- бьшания W( С ) и непребывания W( ) реализации случайного процесса в заданных границах.

В момент окончания индикации импульс с второго выхода блока 9 задания времени индикации сбрасьгоает в О счетчики 10 и 11, а также первую 24 и вторую 25 группы накопительных счетчиков.

На этом цикл измерений плотностей распределения W( ) и W( -г ) интервалов пребьгоания реализации случайного процесса внутри и вне данной зоны анализа (и, U,,) завершается, и схема анализатора возвращается в исходное состояние.

Формула изобретения

Анализатор распределения интервалов, содержащий пороговьй элемент, вход которого является входом анализатора, адресный счетчик, первый элемент И, первый которого соединен с выходом генератора импульсов, второй элемент И, управляемый

делитель частоты, дешифратор, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых объединены с входом первого элемента задержки и подключены к первому .информационному выходу формирователя импульсов, выходы элементов И первой группы подключены соответстве но к счетным входам накопительных счетчиков первой группы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения частотного диапазона за счет его адап- тации к средним интервалам пребьша- ния, а также расширения функциональных возможностей за счет одновременного анализа интервалов пребьща- ния как внутри, так и вне заданных границ, он содержит третий и четвертый элементы И, второй пороговьй элемент, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, первый и второй элементы задержки, первый и второй счетчики, второй управляемый делитель частоты, элемент запрета, блок задания времени индикации, вторые группы элементов И и накопительных счетчиков, счетные входы которых соединены соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых объединены с первыми входами элементов И первой группы, а вторые входы элементов И второй группы объединены и подключены к второму информационному выходу формирователя импульсов непосредственно, а через второй элемент задержки - с первым входом сброса адресного счетчика, кодовые выходы, которого соединены соответственно с разрядными входами дешифратора, а выход переполнения - с информационным входом элемента запре та, выход которого соединен с входом запрета дешифратора, а управляющий вход элемента запрета и вход установки счетчика импульсов объединены и подключены к первому информационному выходу блока задания времени индикации, второй информационный вькод которого подключен к входам установки нуля первого и второго счетчиков и накопительных счетчиков первой и второй групп, второй вход сброса адресного счетчика соединен с выходом первого элемента задержки, а счетный вход подключен к выходу элемента ИЛIi, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго управляемых делителей частоты, управляющие входы которых объединены с первым входом второго элемента И и подключены к выходу генератора импульсов, а разрядные входы первого и второго управляемых делителей соединены с разрядными выходами соответственно первого и второго счетчиков, счетные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых объединены и подключены к первому информационному выходу счетчика импульсов, второй информационный выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, при этом вход второго порогового элемента объединен с входом первого порогового элемента, а выходы пороговых элментов соединены соответственно с пе вьт и вторым входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, прямой выход которого подключен к входу формирователя импульсов и третьим входам первого и третьего элементов И, а инверсный выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к третьим входам второго и четвертого элементов И и счетному входу счетчика импульсов, выход переполнения которого соединен с входом блока задания времени инди- . кации.