Адаптивный анализатор площадей выбросов случайных процессов Советский патент 1988 года по МПК G06G7/52 G06F17/18 

И подключены соответственно к первому и второму информационным выходам счетчика числа выбросов, счетный вход которого соединен с выходом порогового блока, а выход переполнения соединен с входом блока задания времени индикации, второй выход которого соединен с вторым входом сброса счетчика числа выбросов и первым входом элемента запрета, выход которого соединен с управляющим входом дешифратора, второй вход соединен с выходом пере- - полнения накопительного счетчика, а вход сброса элемента дапрета соединен с первым выходом формирователя импульсов, при этом выход первого элемента И соединен с счетным входом счетчика средней площади выбросов.

1

Изобретение относится к экспериментальному определению статистических характеристик стационарных случайных процессов и может быть использовано (например, в технике связи, метеорологии, медицине и т.п.) ДОЯ измерения плотности распределения площадей выбросов процесса за заданный уровень в условиях априорной неопределенности амплитудных и частотных свойств процесса.

Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение амплитудного и частотного диапазонов анализатора за счет его адаптации к амплитудному размаху и средней площади выбросов.

На чертеже изображена функциональ ная схема предлагаемого анализатора.

Анализатор содержит блок 1 вычитания, группу из п последовательно соединенных декадных усилителей 2 (декады) , группу из ri ключей 3, каждый из которых подключен параллельно соответствующему декадному усилителю 2, двухуровневьй компаратор 4 и распределитель 5 сигналов, элементы И 6 и 7, управляемый усилитель 8, который включает группы декадных усилителей 2 и ключей 3, счетчик 9 числа выбросов, преобразователь 10 напряжения в частоту, управляемьй делитель 1 частоты, накопительный счетчик 12, пороговый блок 13, формирователь 14 импульсов, дешифратор 15, группу элементов И 16, группу счетчиков 17, счетчик 18 средней площади выбросов, блок 19 задания времени индикации и элемент 20 запрета.

Анализатор строится по адаптивному принципу. Небольшая часть общего

времени, отводимого на анализ, затрачивается на предварительное измерение некоторых средних параметров случайного процесса и адаптацию (подстройку) анализатора к амплитудным и частотным характеристикам данного стационарного случайного процесса, после чего основная часть общего времени отводится на измерения требуемых характеристик процесса с заданной точностью при оптимальных параметрах анализатора.

В анализаторе за время адаптации осуществляется паиск оптимального коэффициента усиления управляемого усилителя 8 и оценка оптимальной щирины дифференциального коридора а(5)ор путем измерения средней площади N выбросов, прошедших за время Т, .

Амплитудный диапазон анализатора ограничен сверху опорными уровнями tV , соизмеримыми с напряжением источников питания операционных усилителей в составе управляемого усилителя 8. Снизу диапазон входных сигналов X(t) ограничен только чувствительностью и стабильностью усилителя (на уровне единиц милливольта). В целом диапазон амплитуд составляет

три-четыре порядка (), а диапазон измеряемых площадей выбросов не менее 120 дБ, причем поиск нужного диапазона происходит автоматически за счет адаптации анализатора.

Анализатор в режиме измерения плотности распределения W(S) площадей выбросов случайного процесса Xft) над заданным порогом V,; при начальных условиях, сформированных в режиме

адаптации, работает следующим образом.

К началу измерений установлен автоматически оптимальный коэффициент К;9р t усиления по напряжению регулируемого усилителя 8, автоматически выбран коэф(|)ициент деления управляемого делителя 11 частоты, пропорциональный средней площади выбросов, который задает оптимальную ширину дифференциального коридора.

Усиленный случаР1кы сигнал с выхода управляемого усилителя 8 посту-, пает одноврененно на первые входы блока 1 вычитания и порогового блока 13. В блоке 1 вычитания, вьтолненном на основе операционного усилителя, происходит вычитание из сигнала X(t), поданного на суммируюпадй вход, пороется и на его выходе появляется пачка счетных импульсов. Количество импульсов в пачке пропорционально как длительности выбросов, так и частоте заполнения пачки, равной f f (t)/Kjj/ KV(t), т.е. мгновенным значениям напряжения V{t) выбросов. Другими словами, количество импульсов в пач- 10 ке пропорционально площади выбросов.

При оптимальном значении коэффициента деления управляемого делит теля 1 частоты, количество импульсов в пачке совпадает с номером 1 i 1 15 канала многоканального анализатора площадей выбросов, в который должна быть записана информация о попадании значения площади S. выбросов в заданный i-й дифференциальньш коридор.

вертирующий вход операционного усили- 20 Количество импульсов в пачке с выхо- теля с единичным коэффициентом усиле- да элемента И 7 подсчитывается На выходе блока 1 вычитания воз- пительным счетчиком 12, в котором

гового уровня V

пор

поданного на инния. На выходе блока 1 вычитания возникают выбросы случайного процесса X(t) над пороговым уровнем. Выбросы поступают на вход преобразователя 10 напряжения в частоту, представляющего собой генератор импульсов (мультивибратор), элементы времязадающей RC-цепи которого изменяются под действием напряжения выбросов таким образом, чтобы осуществлялось линейное преобразование напряжения в частоту следования импульсов в заданном диапазоне уровней и частот.

Импульсы стандартной амплитуды с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту поступают на счетный вход управляемого делителя 11 частоты с коэффигщентом К дер деления, задаваемом кодом счетчика 18 средней площади выбросов. С выхода управляемого делителя 11 частоты импульсы частотой f f(t) поступают на вход элемента И 7, открытого по своему третьему входу высоким уровнем напряжения со второго выхода счетчика 9 числа выбросов в течение всего времени Tjj измерений. По первому входу элемент И 7 открывается на время прохождения каждого очередного выброса импульсом с выхода порогового блока 13, представляющего собой компаратор

поступающих

35

пор

сменяются коды-адреса, управляющие дешифратором 15. Смена адресов на

25 входах дешифратора 15 продолжается до окончания выбросов, когда ни втором выходе формирователя 14 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, соответствующий за30 данному фронту импульса выбросов с выхода порогового блока 13. Этот им- пульс поступает на объединенные вторые входы группы элементов И 16 и проходит на выход того из них номер которого совпадает с адресом, записанным в накопительном счетчике 12 к моменту окончания выбросов. С выхода открытого элемента И группы этот импульс проходит в одноименный чик группы счетчиков 17. .

С приходом следующего выброса им- пульсом с первого выхода формирователя 14 импульсов накопительный счетчик 12 обнуляется и оказывается приготов45 ленным к записи адреса следующего выброса.

В случае появления выбросов, площадь которых превышает максимальную измеряемую площадь . накопитель- ный счетчик i 2 переполняется еще до окончания выбросов и на его выходе появляется импульс переполнения, поступающий на второй вход элемента 20- запрета, который закрывает дешифра40

50

55

напряжений X(t) и V

на его первый и второй входы. Пороговый блок 13 формирует на своем выходе с;р тор 15. Вся группа элементов И 16 импульсы стандартной амплитуды, длительность которых совпадает с продолжительностью выбросов. Во время действия выбросов Элемент И 7 открьшасчетчйков группы 17 не проходит нм- пульс в момент окончания выбросов площадью S Это еще не приво

сменяются коды-адреса, управляющие дешифратором 15. Смена адресов на

входах дешифратора 15 продолжается до окончания выбросов, когда ни втором выходе формирователя 14 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, соответствующий заданному фронту импульса выбросов с выхода порогового блока 13. Этот им- пульс поступает на объединенные вторые входы группы элементов И 16 и проходит на выход того из них номер которого совпадает с адресом, записанным в накопительном счетчике 12 к моменту окончания выбросов. С выхода открытого элемента И группы этот импульс проходит в одноименный чик группы счетчиков 17. .

С приходом следующего выброса им- пульсом с первого выхода формирователя 14 импульсов накопительный счетчик 12 обнуляется и оказывается приготовленным к записи адреса следующего выброса.

В случае появления выбросов, площадь которых превышает максимальную измеряемую площадь . накопитель- ный счетчик i 2 переполняется еще до окончания выбросов и на его выходе появляется импульс переполнения, поступающий на второй вход элемента 20- запрета, который закрывает дешифра

тор 15. Вся группа элементов И 16

55

с;р

тор 15. Вся группа элементов И 16

счетчйков группы 17 не проходит нм- пульс в момент окончания выбросов площадью S Это еще не приводит к заметным искажениям кривой плотнсти распределения W(S) площадей выбросов из-за усечения хвоста на уровне ,ксПри условии что S Бд д не превы- шает единиц процента от общего числа выбросов Е. Если е относительное количество выбросов площадью S велико, то необходимо увеличить значение S, ,, . В момент прихода следую

/Л С

щего по площади выброса элемент 20 запрета обнуляется импульсом с fiep- вого выхода формирователя 14 импульсов и открывает дешифратор 15, подготавливая его к работе.

К моменту заполнения счетчика 9 числа, выбросов измерения автоматически заканчиваются, поскольку со второго выхода этого счетчика начинает поступать уровень логического О, за- крывающий элемент И 7 по третьему входу и препятствуюв ий дальнейшему прохождению информации э грулпу счет чико в 17.

С этого момента начинается индика ция результатов измерения в течение времени t,, установленного в блоке 19 задания времени индикации. Блок 19 .п)едставляет собой одновибратор, вырабатывающий импульс длительностью tp при поступлении на его вход импульса переполнения с третьего выхода счетчика 9 числа выбросов. В те- 1зние времени tn, импульс с второ- . го выхода блока 19 задания времени индикации удерживает в нуле счетчик 9 числа выбросов и элемент 20 запрета, препятствуя поступлению новой информации в группу счетчиков 17 в течение всего времени индикации.

За время t оператор должен зафиксировать показания h; каждого счетчика группы 17, код числа (п - i)

определяющий коэффициент К;

10

h-l

усиления управляемого усилителя 8, записанный в распределителе 5 сигналов, а также код числа записанный в счетчике 18 средней площади выбросов. Индикация осуществляется с помощью цифровых индикаторов (не показаны). Оценка плотности распределения площадей выбросов находится по формуле

W(i JS).

h,

где 4S «. ь 0,5 X

Ех

X Ю Кдер- СВ-с - ширина дифференциального коридора, приведенная к входу анализатора, с учетом того, что в составе управляемого усилителя 8 введены (п - i) декад усиления , а управляемый делитель I1 частоты увеличивает ширину дифференциального коридора в Кдер раз.

По окончании времени tf индикации с первого выхода блока 19 поступает короткий импульс, сбрасывающий в нул распределитель 5 и размыкающий все ключи управляемого усилителя 8. Одновременно сбрасывается в нуль счетчик 18 средней площади выбросов, обнуляется группа счетчиков 17 и схема анализатора приводится в исходное состояние.

На этом процедура измерения плотности распределения площадей выбросо завершается. Если на входе анализа- тора продолжает действовать случайный процесс X(t), то цикл измерений автоматически повторяется. При этом сразу после окончания индикации начинается повторный этап адаптации и далее все процессы повторяются аналогично вьппеописанному.