Устройство для определения статистических параметров случайных сигналов Советский патент 1976 года по МПК G06F17/18 

1

Изобретение относится к области нрименеиия приборов и средств вычислительной техники в математической статистике для технических приложений и может найти самое широкое применение в технике, медицине, биологии.

Известно устройство для определения статистических параметров случайных сигналов, содержащее блок эталонных делителей, селектор, блок задания исходной информации, коммутатор, интегратор, блок сравнения, блок нормирования напряжения, блок запуска-останова и блок управления.

К недостаткам известного устройства для оценки неизвестного параметра распределения случайного сигнала в присутствии помех по повторяющимся наблюдениям относится, во-первых, то, что оно решает лишь одну задачу «уменьшения динамического диапазона и, во-вторых, «содержит нелинейные преобразователи, аппроксимирующие законы распределения случайной помехи и сигнала, т. е. этим самым признается, что уже имеется определенная априорная информация о законах распределения случайной помехи и сигнала. Таким образом, прежде чем приступить к работе с помощью известного устройства, надо иметь в руках хотя бы приближенную картину о законе распределения случайной величины, иначе просто нечего будет аппроксимировать с помощью нелинейных преобразователей названного устройства, а, следовательно, и невозможно запустить его в работу. Целью предлагаемого устройства является

полная автоматизация, обеспечивающая резкое сокращение времени обработки больших массивов статистической информации при построении гистограммы распределения временных случайных процессов по их заданным ограниченным реализациям, т. е. повышение быстродействия работы устройства.

Эта цель достигается тем, что устройство содержит блок интеграторов, входы которого соединены с селектором, а выходы через коммутатор нодключены к первому входу блока нормирования, второй вход которого соединен с выходом интегратора и с первым входом блока сравнения, выход которого подключен к входу блока управления, а второй вход-к

первому выходу блока эталонных делителей. Второй выход блока эталонных делителей соединен с входом интегратора, а третий выход - с первым входом селектора, второй вход которого подключен к блоку задания исходной информации, а третий вход соединен с выходом блока запуска-останова, соединенного с выходом блока управления и входом коммутатора.

На чертеже дана блок-схема предложенного устройства. Здесь:

1 - блок «запуска-останова ; 2-блок задания исходной информации; 3-блок ввода эталонных делителей (нанряжения и уставок);

4- селектор;

5- блок интеграторов;

6- интегратор;

7- блок сравнения (логическая схема И); 8- блок управления;

9- коммутатор;

10- блок нормирования (напряжений).

Назначение перечисленных блоков устройства следующее:

Блок «запуска-останова служит для запуска и останова устройства.

Блок задания исходной информации предназначен для ввода исследуемого временного случайного процесса в устройство.

Блок эталонных делителей напряжения и уставок служит для выдачи эталонных напряжений на другие блоки устройства.

Селектор входных целей интеграторов предназначен для формирования последовательности сигналов управления, осуществляющих включение входных цепей блока интеграторов, соответствующих данному поддиапазону, в котором на рассматриваемом отрезке времени Atjj находится стохастически блуждающая величина x(t), где индекс «i обозначает номер поддиапазона изменения случайной величины, а индекс «j указывает порядковый номер понадания случайного временного процесса в рассматриваемый поддиапазон xk, Xk+i, где

к : 0,1 2, ..., 11.

Блок интеграторов служит для интегрирования (суммирования) напряжений, дающих на выходах каждого интегратора напряжения Uj , 2, 3, ..., 12, которые пропорциональны длительностям времени пребывания ti случайной величины x(t) в каждом из 12 ноддиапазонов ее изменения за время анализа Т.

С помощью интегратора 6 интегрируется напряжение, пропорциональное заданной длительности реализации Т исследуемого случайного временного процесса Ui3 kT.

Блок сравнения предназначен для сравнения накопленного в интеграторе 6 напряжения Ui3 с напряжением Ui3j,|, , соответствующих выбранной длительности реализации Т анализируемого случайного временного процесса, которое перед началом работы устройства задается в форме «уставки на блоке задания эталонных напряжений и уставок (3).

В блоке управления вырабатывается управляющий сигнал - команда «останов - конец интегрирования и одновременно происходит запуск в работу коммутатора выходных цепей интеграторов.

Коммутатор выходных цепей интеграторов служит для поочередной подачи выходных напряжений с блока интеграторов на блок

нормирования, в котором образуются нормированные численные значения напряжений

JA..Ul

f/i3

и.

f/13

и.

13

накопленных на интеграторах блока интеграторов, в течение всего времени анализа Т, пропорциональные соответствующим нормированным временам нребывания исследуемой случайной величины в пределах каждого поддиапазона ее изменения:

2

7 7 гт

Подготовка устройства к работе производится так.

Перед началом работы устройства на блоке эталонных делителей напряжения и уставок вручную устанавливаются величины нацряжений, задающих границы интервалов всех 12-ти поддиапазонов, а также величина напряжения UBX, подаваемого селектором попеременно на входы блока интеграторов 5 и интегрируемого в продолжении времени пребывания случайной величины в данном «i поддиапазоне ее изменения, а также величина напряжения, постоянно подаваемого на блок сравнения в форме «уставки Ui3, уст для задания общего времени Т обработки исследуемой реализации временного случайного процесса.

Работа устройства происходит следующим образом.

С помощью блока «запуска-останова устройство запускается в работу.

В селектор 4 входных цепей блока интеграторов вводится в течение заданного времени Т непрерывно изменяющееся напряжение,

подлежащее обработке и представляющее собой исследуемый временной случайный процесс x(t). При этом селектор 4 осуществляет замыкание контактов лишь той цепи одного из 12-ти интеграторов блока 5 интеграторов,

по которой допустимый диапазон изменения случайной величины xk, Xk+i накрывает текущее значение случайной величины x(t) и при этом оставляет разомкнутым все остальные контакты входных цепей интеграторов.

Таким образом селектор 4 входных цепей блока интеграторов осуществляет автоматический выбор (селекцию) той или другой ветви по текущему значению случайной величины так, что:

происходит замыкание лишь одной из всех ветвей, по которой на вход интегратора, включенного в эту цепь, поступает через замкнутый контакт от блока 3 эталонных делителей, напряжения .и уставок постоянный уровень напряжения:

k- const

который, интегрируясь, дает на выходе интегратора уровень напряжения:

U, U,,,,ti-. 0

(где i 1,2,3,..., 12),

пропорциональный времени пребывания случайной величины в пределах данного поддиапазона xk, Xk+i. При этом все другие ветви и включенные в их цепи интеграторы остаются с открытыми (разомкнутыми) входами, так как контакты в их входных цепях в это время разомкнуты.

Как только случайная величина x(t), изменяясь в ту или другую сторону, принимает граничные значения, принадлежащие уже соседнему интервалу (поддиапазону), селектор 4, управляющий контактами входных цепей блока интеграторов, разрывает контакт ветви данного интегратора и одновременно с этим замыкает новую ветвь соседнего интегратора, соответствующую новому поддиапазону, в какой попала случайная величина. Значение выходного напряжения на данном интеграторе запоминается и сохраняется до следующего включения этой ветви интегратора. Таким образом начинает действовать новая цепь со своим интегратором, соответственно новому поддиапазону изменения случайной величины и т. д. до нового перехода численного значения случайной величины через граничное значение поддиапазона, когда снова происходит размыкание рассматриваемого контакта и одновременное замыкание нового и т. д.

По истечении времени анализа Т исследуемого случайного процесса, отсчитываемого при работе устройства на интеграторе 6 и отмечаемого блоком сравнения 7 в момент времени Т, на всех 12 интеграторах накопятся определенные значения выходных напряжений

0„ и,, Оз,, и,,

пропорциональные соответственно временам пребывания численных значений случайной величины, в процессе ее стохастического блуждания, в каждом из 12-ти поддиапазонов ее изменения.

Интегратор 6 остается включенным во все время анализа Т, таким образом на его выходе по окончании времени Т устанавливается уровень выходного напряж ения, равный

U,---kT

(в определенном масштабе k - полное время анализа Т).

Это, естественно, следует из того обстоятельства, что двойная сумма:

12 I

Iy-I

должна удовлетворять очевидному условию: она должна быть равна полному времени анализа Т исследуемого случайного временного процесса.

6 Частная сумма по индексу «J равна ti, т.е.

i iij ti

где / - полное число попаданий стохастически блуждающей случайной величины x(t) в «i цоддианазон за полное время анализа Т.

Повторное суммирование по индексу «i дает нолное время анализа Т:

12

2/, г

Все изложенное дает достаточное основание для нормировки:

4- - 4-

..

Т 1 1 Т

(т. к. , + 4 + 3 ++ А. П

ЧТО и было использовано при построении схемы устройства, дополненной блоком нормирования напряжения, построенном на основе блока деления, на выходе которого формируются напряжения

Ui

-, где / 1, 2, 3,, 12

и.

пропорциональные длительностям (нормированным) времен пребывания

, где г 1, 2, 3,12

случайной величины x(t) в том или другом «i поддиапазоне.

С помощью интегратора 6 и блока сравнения вырабатывается сигнал управления для прекращения ввода исследуемого случайного временного процесса в устройство в момент времени окончания исследуемой реализации длительностью Т и, одновременно, с этим, сигнал на включение в работу коммутатора 9 выходных цепей блока интеграторов, который служит для последовательного опроса всех 12-ти интеграторов и выдачи нормированных напряжений с блока нормирования на регистрацию.

В блоке 10 нормирования производится деление каждого из напряжений Uj, где , 2, 3, .. ., 12, полученных на блоке интеграторов на напряжение , поступающее с выхода интегратора 6, т. е.

i i/n

в результате чего получаются нормированные значения напряжений, пропорциональные искомым нормированным значениям времен пребывания случайной величины в каждом из поддиапазонов

, (/ 1, 2, 3, ..., 12),

7

которые являются оценками вероятностей попадания численных значений случайной величины x(t) в различные поддиапазоны ее изменения.

Полученные таким образом, «веса пребывания случайной величины в каждом поддиапазоне

, (/ ::. 1, 2, ..., 12),

выводятся на регистрацию и дают требуемый приближенный закон распределения вероятностей исследуемой случайной величиныx{t).

Формула изобретения

Устройство для определения статистических параметров случайных сигналов, содержащее блок эталонных делителей, селектор, блок задания исходной информации, коммутатор, интегратор, блок сравнения, блок нормирования напряжений, блок запуска-останова и блок управления, отличающееся тем, что, с целью повыщения быстродействия работы устройства, оно содержит блок интеграторов, входы которого соединены с селектором, а выходы через коммутатор подключены к первому входу блока нормирования, второй вход которого соединен с выходом интегратора и с

первым входом блока сравнения, выход которого подключен ко входу блока управления, а второй вход - к первому выходу блока эталонных делителей, второй выход которого соединен со входом интегратора, а третий выход - с первым входом селектора, второй вход которого подключен к блоку задания исходной информации, а третий вход соединен с выходом блока запуска - останова, соединенного с выходом блока управления и входом коммутатора.