Устройство для измерения характеристик случайных процессов Советский патент 1992 года по МПК G01R29/04 

Т

ы

Јь О

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для идентификации эргодических случайных процессов, в частности при определении параметров каналов связи и при исследовании радиотехнических устройств.

Известно устройство для измерения характеристик случайных процессов, содержащее разветвитель, линию задержки, селектор, регулируемый усилитель, дискриминаторы, блок выбора, блок совпадения, блок управления, регистратор, регистр, за- рядно-разрядную цепь и генератор адреса.

Однако данное устройство обладает узкими функциональными возможностями.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения характеристик случайных процессов, содержащее нормирующий усилитель, два квадратичных детектора, двойной квадратичный детектор, два интегратора, делитель, арифметический вычитатель и индикатор.

Известное устройство позволяет определять отличие закона распределения вероятностей амплитуды случайного процесса от нормального закона только для моментов четвертого порядка, что ограничивает возможности применения при необходимости более точных измерений отличия от нормального закона распределения.

Целью изобретения является повышение точности определения отличий закона распределения случайной величины от нормального распределения.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения характеристик случайных процессов, содержащее нормирующий усилитель, вход которого является входом устройства, линейный детектор, квадратичный детектор, первый интегратор, первый индикатор, вычитатель и делитель, введены управляемый нелинейный элемент, коммутатор, второй интегратор, разделительный конденсатор, второй интегратор, разделительный конденсатор, нелинейный элемент с характеристикой U Vx, датчик опорного напряжения, компаратор и второй индикатор, причем нормирующий усилитель, линейный детектор, управляемый нелинейный элемент и первый интегратор соединены последовательно, выход управляемого нелинейного элемента подключен к соединенным последовательно разделительному конденсатору, квадратичному детектору, второму интегратору, нелинейному элементу с характеристикой Y Vx, выход которого соединен с делящим входом делителя, вход делимого которого подсоединен к выходу вычитателя, входы которого соединены с выходами первого интегратора и датчика опорного напряжения, выход делителя подключен к входу компаратора, выход делителя подключен к входу компаратора, выход которого соединен с адресным входом коммутатора, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого интегратора и датчика опорного напряжения, а вход соединен с входом первого индикатора, вход второго индикатора подключен к выходу компаратора.

На чертеже представлена блок-схема устройства для измерения характеристик случайных процессов.

Устройство содержит нормирующий

усилитель 1, линейный детектор 2, управляемый нелинейный элемент 3, интеграторы 4 и 8, коммутатор 5, индикаторы 6 и 14, квадратичный детектор 7, нелинейный элемент

9, делитель 10, вычитатель 11, датчик 12 опорного напряжения, компаратор 13 и разделительный конденсатор 15.

В качестве характеристик закона распределения части используют абсолютные

моменты v -го порядка нормированной по дисперсии случайной величины

+ 00 j

Е (-И / /X/ р (х) dx ,

- 00

(1)

где х - значение входной случайной величины;

(р (х) - плотность распределения веро- ятностей случайной величины.

Условие нормировки записывается так

Е(2)1.

(2)

4QНормальный закон распределения имеет следующие абсолютные моменты

5

Ен (v)V

(3)

I 2

Устройство для измерения характеристик случайных процессов работает следующим образом.

Переключателем на управляемом нели0 нейном элементе устанавливают значение v 2, при этом на датчике опорного напряжения устанавливается значение напряжения, равное условной единице. Исследуемый электрический сигнал х посту5 пает на вход усилителя 1, где усиливается и нормируется к условной единице, с выхода нормирующего усилителя 1 исследуемый сигнал поступает на линейный детектор 2, который работает как двухполупериодный выпрямитель, с выхода линейного детектоpa 2 выпрямленный сигнал поступает на вход управляемого нелинейного элемента 3, амплитудная характеристика которого определяется выражением

Y-x.

(4)

С выхода управляемого нелинейного элемента 3 сигнал поступает на вход интегратора 4, который выполнен с регулировкой времени интегрирования для изменения точности измерения моментов, на выходе интегратора 4 получается оценка абсолютного момента, которая поступает на 1-й вход коммутатора 5 и на 1-й вход вычитателя 11, на второй вход которого поступает сигнал с датчика 12 опорного напряжения, который в общем случае определяется выражением

U

опор

a EH(v),

(5)

где а- условная единица,

С выхода вычитателя разность (г (ЕИзм. (2) - Ен(2)| поступает на делимый вход делителя 10, на делящий вход которого поступает сигнал оценки среднеквадратического отклонения измеряемого момента, в данном

случае ее сге(2). Вычисление среднеквадратического отклонения реализовано квадратичным детектором 7, вторым интегратором 8 и нелинейным элементом 9, центрирование осуществляется разделительным конденсатором 15. На выходе делителя действует сигнал с уровнем

I (2) - ЕН (2)

L(2)ОЕОО

(6)

который поступает на вход компаратора 13, где сравнивается с пороговым уровнем Unop, задающим доверительный интервал оценки, при L(2) Unop на выходе компаратора 13 устанавливается единичное значение, а при L(2) Unop - нулевое Сигнал на выходе компаратора 13 подключает при L (2) Unop выход интегратора 4 к индикатору 6, а при L (2) Unop - выход датчика 12 опорного напряжения, при этом включается также индикатор 14 совпадения, что означает Еизм (2) Ен (2), т.е. окончание нормировки. Для удобства нормировки сигнала по дисперсии нормирующий усилитель 1 может быть регулируемым, переключатель, определяющий значение v управляемого нелинейного элемента 3, также определяет сигнал на выходе датчика 12 опорного напряжения, интеграторы 4 и 8 выполнены с

общей регулировкой интервала интегрирования, регулируется также и Unop.

При v 2 устройство работает аналогично. Если Еизм (v) б(Ен( V - Unop tf(v); Ен (v) + Unop о (v), то L (v) Unop, индикатор 6 индицирует значение EH (v), так как Ен (v) и Еизм (v) неразличными в смысле доверительного интервала, задаваемого с помощью Unop. ЕСЛИ Еизм (V) {Ён ( V) - Unop

x(j(v); Ен (v) + Unop o( ,TO индикатор 6 индицирует значение

Еизм (v), L (v) Unop.

При совпадении Еизм (v) и Ен (v) в смысле доверительного интервала, т.е. при L(v) Unop, включается индикатор 14 совпадения.

При v 4 устройство обеспечивает режим работы прототипа, а именно определяет отличие по эксцессу, а при других v позволяет получить дополнительную информацию об отличии от нормального закона распределения.

Повышение точности измерения отличия исследуемого закона распределения от нормального достигается за счет дополнительной информации о значениях моментов высших порядков, которая оценивается вы

ражением

I Еизм (v) - Ен (v)/v Удоп ЮО % -ГО

5) ЕИЗМ (v) -EH(V)/V

2

где Тмакс такое значение v , что для любого v vM3Kc выполняется L (v) Unop. -Определяется vMaKc из выражения для относительной погрешности измерения отличия по отдельному моменту порядка v

(,) К(,),(8)

где (v)/lrxV(t)-E(v)}dt;

AE(v) I ЕН°(У Еизм (V) I ;

максимальное у Д0п макс достигается при

Unop тин 0 674 И При Т Т макс

Формула изобретения Устройство для измерения характери- стик случайных процессов, содержащее нормирующий усилитель, вход которого является входом устройства, линейный детектор, первый интегратор, первый индикатор, квадратичный детектор, вычитатель и делитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения отличий закона распределения случайной величины от нормального распределения, в него введены управляемый нелинейный элемент, коммутатор, разделительный конденсатор, второй интегратор, нелинейный элемент с характеристикой Y Vx датчик опорного напряжения, компаратор и второй индикатор, причем нормирующий усилитель, линейный детектор, управляемый нелинейный элемент и первый интегратор соединены последовательно, выход управляемого нелинейного элемента подключен к соединенным последовательно разделительному конденсатору, квадратичному детектору,

второму интегратору, нелинейному элементу с характеристикой Y V выход которого соединен с делящим входом делителя, вход делимого которого подсоединен к выходу

вычитателя, входы которого соединены с выходами первого интегратора и датчика опорного напряжения, выход делителя подключен к входу компаратора, выход которого соединен с адресным входом

коммутатора, первый и второй входы которого соединены с выходами соответствен- но первого интегратора и датчика опорного напряжения, а выход соединен с входом первого индикатора, вход второго

индикатора соединен с выходом компаратора,

Использование: в радиоизмерительной технике при определении параметров каналов связи и исследовании радиотехнических устройств. Цель изобретения состоит в повышении точности определения отличия исследуемого случайного процесса от нормального закона распределения. Сущность изобретения: устройство содержит соединенные последовательно нормирующий усилитель 1 линейный детектор 2 управляемый нелинейный элемент (УНЭ) 3, первый интегратор 4, выход УНЭ подсоединен к входу последовательно соединенных разделительному конденсатору 15, квадратичному детектору 7, второму интегратору 8, нелинейному элементу (НЕ) 9 с характеристикой Y Vx выход НЕ соединен с делящим входом Делителя 10, к делимому входу делителя подсоединен выход вычи- тателя 11, к входам которого подключены выходы первого интегратора 4 и датчика 11 опорного напряжения, выход делителя подключен к входу компаратора 13, выход которого соединен с адресным входом коммутатора 5, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого интегратора и датчика опорного напряжения, а выход соединен с входом первого индикатора вход второго индикатора подключен к выходу компаратора. 1 ил.