УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ ФУНКЦИЙ Советский патент 1972 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к области измерения характеристик случайных электрических процессов и может быть использовано для создания на его основе измерительных приборов, а также функциональных решающих блоков автоматических систем, предназначенных для работы в условиях случайных помех.

Известен способ, позволяющий одновременно измерять интегральную функцию распределения (или однозначно связанную с ней вероятность превышения исследуемым процессом уровня анализа), нлотность вероятности и ее производные с достаточно высокой точностью.

Этот способ основан на том, что если исследуемое случайное напряжение ограничигь сверху или снизу на уровне, представляющем собой сумму двух напряжений - постоянного и малого синусоидального с частотой ы всномогательного, то при условии, что амплитуда вспомогательного напряжения значительно меньще дисперсии исследуемого ироцесса, гармонические составляющие полученного после ограничения процесса обладают следующими свойствами: среднее значение огибающ ей составляющей с частотой о) оказывается прямо пропорциональным вероятности превышения исследуемым случай1 ым процессом постоянной составляющей уровня

ограничения; среднее значение огибающей гармонической составляющей с частотой 2 со величине плотности вероятности исследуемого напряжения при значении аргумента, расном постоянной составляющей уровня ограничения; среднее значение амплитуды составляюп ей с частотой пы (где л 1,2,3...) - (я-2)41 производной от плотности вероятности при том же значении аргумента.

В простейшем случае устройство для измерений по данному способу состоит из одностороннего ограничителя, подключенного, к его выходу полосового фильтра (или эквивалентного ему устройства), который нагружен

на линейный детектор, прибора для измерения среднего значения выходного напряжения детектора и источников постоянного регулируемого и вспомогательного синусоидального напрялсений. Такое устройство нозволяет осупгествить последовательный анализ интегральной или дифференциальной функций распределения либо одной из производных этих функций в зависимости от выбора центральной частоты полосового фильтра.

Целесообразно этот способ применять в

устройствах для параллельного анализа измерений искомых функций при наличии в спектре исследуемого сигнала таких состав ляющих, из которых в результате ограниче - ПИЯ могут образоваться паразитные комбина ционные компонеиты с частотами, равными или кратными частоте о), а также настолько близкими к этим частотам, что такие компоненты могут попасть в полосу пропускания полосовых фильтров. Величина погрешностей, обусловленных наличием этих компонентов, зависит от отношения средних значений их амплитуд к соответствующим значениям амплитуды полезных составляющих ограниченного напряжения и при неблагоприятных условиях может достичь уровня, при котором измерения практически недостоверны. Целью изобретения является уменьшение систематических и случайных погрешностей, обусловленных влиянием указанных выше паразитных комнонент, а также случайных погрешностей, обусловленных ограниченным временем усреднения выходного напряжепия измерительного устройства, без существенного усложнения последнего. Эта цель достигается применением в измерительном устройстве двух односторонних ограничителей с параллельно соединенными входами и одинаковыми постоянными составляющими уровня ограничения и вычитающего устройства, образующего на своем выходе разность ограниченных нанряжений. В спекгре этого разностного напряжения число и интенсивность паразитных комбинационных компонент оказывается значительно меньше, чем в снектре выходного напряжения каждого из ограничителей. Флуктуационная составляющая огибающей каждой из гармонических составляющих разностного напряжения также оказывается существенно меньше, чем у огибающих соответствующих составляющих каждого из ограничителей в отдельности. При этом интенсивность полезных составляющих в разностном напряжении оказывается пе ниже (а при определенных условиях выше), чем при использовании одного ограничителя. Это обеспечивает возможность достижения вышеуказанной цели. Блок-схема предлагаемого устройства показана на чертеже. Устройство состоит из ряда идентичных измерительных, блоков (на- чертеже показан один) и из общих для всех измерительных блоков генератора синусоидального напряжения, фазовращателя, источника постоянного напряжения и переключателя режимов работы. Каждый измерительный блок схемы состоит из двух односторонних ограничителей - основного / и вспомогательного 2, имеющих идентичные характеристики и предпазначенных для ограничения исследуемого случайного нроцесса; двух идентичных сумматоров пряжении постоянной и переменной составляющих уровня ограничения вычитающего устройства 5, предназначенного для образования разности выходных напряжений ограничителей / и 2; М полосовых фильтров 5i-бм с центральными частотами, кратными частоте переменной составляющей уровня ограничения, предназначенных для выделения М заданных гармонических составляющих выходного напряжения вычитающего устройства 5, М идентичных детекторов 7i-7м, предназначенных для выделения огибающих выходных напряжений полосовых фильтров, М усредняющих цепей 5i-SM, предназначенных для выделения средних значений выходных напряжений соответствующих детекторов. Источник 9 постоянных напряжений предназначен для создания постоянных составляющих уровней ограничения. Генератор JO создает синусоидальное напряжение, которое используется как вспомогательное напряжение для- подачи на основные ограничители 1 каждого измерительного блока переменной составляющей уровня ограничения; фазовращатель 1} предназначен для поворота фазы выходного напряжения генератора 10 перед подачей этого напряжения на сумматор 4 каждого измерительного блока. Переключатель режимов 12 предназначен для выбора режима измерений. Измерительный блок представляет собой функционально законченное устройство, которое при наличии внещних источников постоянной и переменной составляющих уровня ограничения и индикаторного прибора может быть использован в качестве одноканального последовательного статистического анализатора. Этот блок может быть также использован для указанной цели в совокупности со стандартной измерительной аппаратурой общего назначения. Фильтр 6i настроен на частоту ы, фильтр 62 на частоту 2 ю, ..., фильтр бм - на частоту М со. Устройство работает в двух режимах. Режим а. В этом режиме производится параллельный анализ на N уровнях одной из ледующих функций: вероятности превышеия исследуемым процессом заданных уровней анализа, плотности вероятности или прозводных от плотности вероятности порядка т 1 до М-2. Выбор вида измеряемой функии осуществляется переключателем 12. При работе схемы в режиме а исследуемое лучайное напряжение подается на входы огапичителей и 2 каждого «з N измерительых блоков. Одновременно на эти ограничиели с сумматоров 5 и 4 соответственно поаются напряжения, определяющие уровни граничения. Напряжение уровня ограничеия основного ограничителя / измерительноо блока представляет собой сумму двух на-, ряжений - постоянного от источника 5 и Напряжение уровня ограничения вспомогательного ограничителя 2 этого блока также состоит из двух напряжений - постоянного от источника 9 и синусоидального с той же амплитудой, что и вспомогательное напряже- s ние ограничителя /, но сдвинутое по фазе относительного этого напряжения на угол, равный где п - номер подлежащей измерению производной от плотности вероятности. (Такой сдвиг фаз между вспомогательными напряжениями ограничителей 1 п 2 необходим для .получения максимальных значений полезных составляющих соответствую- 15 щих выходных напряжений измерительных блоков анализатора). Выходные напряжения ограничителей / и 2 поступают на вычитающее устройство 5, на выходе которого образуется разность огра- 20 ниченных напряжений. Разностное напряЖение содержит информацию об оценке искомой функции, как и отдельно взятые выходпые напряжения ограничителей У и 2, но величина паразитных компонент в разностном 25 напряжении значительно меньше аиалогичпых компонент, присутствующих в выходных напряжениях каждого ограничителя в отдельности. Выходное напряженке вычитающего устройства 5 поступает на входь поло- зо совых фильтров 6i-бм. С выходов полосовых фильтров напряжения подаются на следующие за фильтрами детекторы. Выходны-е напряжения детекторов поступают на усредняющие цепи. При указанном вьгще -сдвиге 35 фаз среднее значение выходного напряжения п + 2 усредняющей цепи больще, чем любой из остальных входящих в блок, и пропорционально значению п-й производной от плотпости. Остальные измерительные блоки работают аналогично. Таким образом, в режиме а на .V выходах статистического анализатора одновременно существуют напряжения, несущие информацию об N значениях выбранной 45 функции. Эти напряжения подаются на соответствующие входы многоканального индикатора или (и) направляются для использования в другие устройства (например, в классификатор системы распознавания обра- 50 зов). Режим б. В этом режиме производится параллельный анализ на Л уровнях одновременно М функций, т. е. вероятности превышения, плотности вероятностей и М-2-х про- 55 изводных от плотности вероятности. При работе схемы в режиме б вспомогательное синусоидальное напряжение на сумматоры 4 измерительных блоков не подается, следовательно, ограничителем 2 исследу- 60 10 40 емый сигнал ограничивается только на постоянном уровне. Как и при работе в режиме а выходные напряжения ограничителей / и 2 подаются на вычитающее устройство 5; с его выхода разность ограниченных напряжений поступает на входы всех М полосовых фильтров 5i-бы, а с выходов последних входы детекторов 7i-7м и далее на усредняющие цепи 5i-SM. Выходные напряжения цепей §1 и 5м, пропорциональные соотвегственНо вероятности превышения исследуемым напряжением постоянной составляющей уровня ограничения, плотности распределения вероятности, первой производной от плотности и т. д., подаются на индикатор или другие устройства. Таким образом, устройство позволяет получать в М раз больше значений упомянутых функций, чем в релшме а. Однако поскольку в режиме б вспомогательное синусоидальное напряжение подается только на основные ограничители 1 измерительных блоков, значения полезных составляющих выходных напрял ений этих блоков оказываются меньше, чем в режиме а, а величина паразитных компонент остается неизменной. Вследствие этого погрешности измерений искомых функций в режиме б оказываются выше, чем в режиме а. Целесообразность применения каждого режима зависит от конкретных условий применения устройства и от требований к точноеги измерений. Предмет изобретения Устройство для измерения одномерных функций распределения вероятностей случайных процессов и производных этих функций, содержащее в каждом измерительном канале односторонний ограничитель, подключенный ко входу устройства и соединенный по управляющему входу с сумматором, связанным с источником постоянного напряжения и источником гармонических сигналов, и полосовые фильтры, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрещностей, обусловленных влиянием паразитпых комбинационных и флуктуадионных составляющих выходного сигнала, оно содержит в каждом измерительном канале второй сумматор и второй односторонний ограничитель, подключенный основным входом ко входу устройства, управляющим входом соединенный со вторым сумматором, и вычитающее устройство, соединенное входами с ограничителями, а выходом-с полосовыми фильтрами данного канала; второй вход второго сумматора соединен с источниками гармонических сигналов через фазовращатель.