Устройтсво для определения шага измерений функции корреляции случайных сигналов Советский патент 1977 года по МПК G06G7/19 

1

Р1зобретение относится к снециализированнызм средствам Вычислительной техники, преднаэначеилым для анализа случайных процессов.

Известны устройства-аеалоги дл.я определения шага измерения корреляцио«ных функций (КФ), в которых с ПОМОЩЬЮ ЛрО|бНЫХ

шагов определяется шаг нзмерения КФ В и 2. Кро;ме сложности а:налога:м присущ недостаток, связанный с зависимостью точностн получаемых одаиак от вида раснределеняя исследуемого сигнала.

Известно уст ройство-ирототнп для олреде.. лення шага измерения фуйкцин корреляции случайных сигналО(В, содер|Жащее первый и второй ;следящ-ие фильтры, входы которых являются соответственно нервым и вторььм входа1М1И устройства, а выходы через первый и второй «ампараторы соответственно соедииены с ПврвыМ -и вторым входами элемента И, выход которого через ключ соедниен с делителем напряжения 3.

Недостатком данного устройства является невозможиость иснользоваиия его для исследавания .нестационарных си.гналов, у которьк изменяется во времени значение верхней граничной частоты. Если изменение верхней граничной частоты и связ.аняого с ней шага рзмерения коррелящиоиной функции иа:столь.ко велико, что шаг иэмерения функции ко рреляции ири заданной приведенной погрешности ее аюнро.ксимадаин изменяется за период пилообраз1ного напряжения улравляюшего генератора больше погреш ности измерения этого

шага, то это приводит к донолнительной погрешностн измерения и, как следствие, к сужению класса исследуемых сигналов, т. е. к повышению требования к стационарности сигналов по частоте.

Целью изобретения я;вляется расширение класса исследуемых сигналов, для которых но(грбш но:сть оцределения шага измерения корреляционной функции не будет суш,ествеиным образом зависеть от величины нзменення верх|ней лраничной частоты сигналов во времени. Это достигается тем, что в устройство ввчдены источник постоянного наиряжения и последовательно соединенн1 1е стробируемый усилитель, оумшатор и интегратор, выход

которого подключен к уиравляюшнм входам первого и второго следяших фнльтрО(В и ключа, другой вход сумматора соединен с источником постоянного на.п ряжения, а входы стро6ируе:мого усилителя нод ключе,ны соответственно к выходам первого н второго компараторов. Функциональная схема устройства ирнведена на чертеже.

Устройство содержит следяшне фильтры 1,

2, интегратор 3, компараторы 4, 5, элемент

И i6, ключ 7, делитель напряжения 8, строблруемый усилитель 9, сумматор 10.

Первые входы следящих фильтров соединены с источниками сигналов x(t} « y(t}, а их вторые входы - с выходом интегратора 3. Выходы следящих .фильтров подключены к входам Компараторов 4, 5, выходы .которых соединены с входами элемента И 6, выходом подключенного .к входу ключа 7. Второй вход ключа соединен с выходом интегратора 3, выход ключа соединен .с входом делителя напряжения 8. .Выходы комлараторов 4, 5 .соединены также с входами усилителя 9, выходом подключенного « входу сумматора 10. Второй вход суМматора -соединен с источником постоянного напряжения U, выход сумматора соединен с входом интегратора 3.

Работа устройства состоит в первоначальном определении верхней граничной частоты наиболее низкочастотного 1процесса (здесь нод наиболее низкочастотным процессом попимается тот из двух процессов, у которого верхняя граничная -частота наименьшая) и в последующем слежении за ней, т. е. включает два режима.

В .первоначальном режиме - режиме лоиска верхней .граничиой частоты на нболее низкоча-стотного процесса - П|роисхо днт просмотр, начиная с верхних частот, частотного диапазона предварительно поданных на вход следящего фильтра 1 пр.оцес.са x(t) и на вход следящего фильтра 2 процесса y(t), ириче.м априори известно, что x(t) - иаиболсе низкочастотный .процесс.

Изменение частоты щротуокания фильтров 1, 2 происходит за счет изменения урраВляющего «атряжения с выхода интегратдра 3. В качестве источника пил€обра1зного напряжен.ия, .в отличие от прототипа, принщишиально не может иопользоваться генератор ггилоо.б|рагзных импульсов ввиду иалич1ия ,реЖИма слежения за частотой. В начале измерения ул;ра1вляющее настряжеиие с выхода интегратора 3 paiBHo нулю .и частота пропускания фильт|ро.в равна ве|рхней границе частотно-го диапазона устройст1ва, .несколько большей .максимально во.зможной верхней частоты нроцессов X (О и у (t). Поэтому с вы.хода фИльт.рав 1, 2 «а . KOMinaipaTOipo.B 4, 5 не поступает ни-ка ких сигналов. На выдодах комларатОров, на входа.х и на выходе стробйруемото усилителя 9 напряжение равно нулю. Постоянное напряжение источника, ра(виое и, поступающее на 1су мматар 10, интегрируется интегратором 3. Напряжение на выходе интепрато.ра начинает липейио увеличиваться, отчего частота пропускания уцравляемых им фильтров 1, 2, уменьшается. Так как у (t) - менее низкочастотный процесс, то, КОГда частота прапуокадия фильтров становНтся равиой вер:хней ripa-ничной частоте троцеоса у((), пря1вляется напряжение им выходе фильтра 2, иа выходе компаратара 5 и на ;Бхаде эле мента И 6. Благодаря этому усилитель 9 открывается и оказывается подготовленным к работе, но на выходе имеет ноль, так 1ка:к на его вхо.де, соединенном с выходом коМ паратора 4, на пряжение равно нулю.

Напряжение на выходе интегратора 3 продолжает увеличиваться до тех nojp, .иока частота про/ПуюкаНия ф ильтра 1 не станет равной граничной частоте наи1более низкочастотного процесса х (t). При этоМ появляется «ап,ряжение на выходе фильтра 1 и на выходе компаратора 4. Это напряжение поступает на вход эле.мента И б и на вход уоил1игеля 9. В этот .момент срабатьивает элемент И 6, сигналоем с вькода которого .по первому Входу

открывается жлюч 7.

Так как шаг измерения функции ко.р|реляЦИИ обратно (Проиорционален вер/хней граничной частоте наиболее низкочастотного процесса, которая :в данном устройстве обратно пропорциональна уира.вляющему н апряжению интелратора 3, то напряжение на выходе янTerpaTOipa в момент наличия нааряжения на выходах фильтров 1, 2 и на выходах компараторов 4, 5 пропорционально щагу измерения функции корреля;ции. Напряжение интепратора, ПОСТОЯ.ННО дриоурствующее .на втором входе .ключа 7„ поступает на его .выход и через делитель наиряжения 8 на выход устройства. Наличие делителя напряжения обусловлено неабхо.диМ01стью изменять шаг .при одной и той же верхней .граничной частоте наиболее низкочастотного процесса цри разЛИчных значениях приведенной погрешности аанроксимадии функции ,ко;р1реляции.

TaiKHM образоМ, с выхода устройства сни5мается .жение, обратно пропорциональное верхней граничной частоте наиболее .низкочастотното ..цесса х (/), т. е. пропорциональное шагу изменения корреляционной функции То. С этого момента начинается второй режИм работы устройства - режим отслеживания за верхней граничной частотой наиболее низкочастоткого нроцесса.

На1пряжение с выхода компаратора 4 уси5 лнваегся у.сили.телем 9, уже от1крыты м напряжением с .компаратара 5, до з.начения, равного 1 апряжению источника .напряжения U. Это уснленпое напряжение в сумматоре 10 складывается со знаком минус с напряжением U

0 источника на|пряжени.я и на выходе сумматора напряжение становится равным нулю. Нанряжение на выходе интелратора 3 начинает П1адать, что смещает частоту нропуска-ния фильтров 1, 2 в сторону высоких частот. Когда эта частота станет выше верхней граничной частоты, исчезает напряжение на выходе фильтра 1, компаратора 4 и на выходе усилителя 9. Напряже;ние -на выходе сумматора 10 вновь становится равным f, снова нао чинает возрастать напряжение на выходе интегратора 3 до значения, при котором на выходе следящего фильтра 1 появляется сигнал. Спов-а появляется наатряжение на выходе компаратора 4 и на .выхосде усилителя 9, а

на 1вькоде сум.матора 10 напрялсение становится равным нулю и т. д. Таким о бразом, устанавливается динамическое равновесие следящей по частоте Системы, на€Т1ра1Ивающей на верхнюю граиИЧную частоту наиболее низкочастотного гфоцесса х (i). Если эта частота уменьшается, то юль на выходе сумматора не появляется до тех пор, пока сле(ДяЩИЙ фнльтр I 01пять .не дойдет до верхней граничной частоты пайболее низкочастотнаго процесса и мшвь не -наступит днаамичеокое рав.човесие. Если же верхняя граничная ча.стота процесса х, (t) увеличивается, то ноль на выходе суМ1мато;ра будет до тех noip, нока на11)яжен1ие на интеррато1ра 3 не уменьшится до значения, при которогм частота мро/иускания фильт1ра 1 р-аена верхней граничной частоте процесса х (t). После этого с/иять настунает динамическое равновесие.

Таким об|разом, следящая но частоте система отслеживает искомую частоту, ири этОМ напряжение на выходе интегратора пропорционально изменяющемуся шагу ивмерения функции корреляции. Наличие двух следящих фильтров, двух КОМИ aip а торов и элемента И овязаио с необходимостью иЗмерения взаимной корреляционной функции.

Нео,бход1имость стробирования (открывания) усилителя 9 напряжением с выхода комиа-рагора 5 вызвана возможностью иодачи на входы фильтров 1, 2 двух сигналов х (t) и //(/), снактры которых не переК1рывают1Ся. Поскольку взаимная корреляционная функция таких сигналов равна нулю, то устройство не должно выдавать значения шага измерения корреляциомной фунщии. В этом случае усилитель 9 закрыт сигналом с выхода компаратора 5 или нмеет на входе ноль с выхода -компаратора 4. То-лда напряжение на выходе интегратора 3 во-зрастает до максимального и режима отслеживания не наступает. Элемент И 6 при нроомотре всего частотного диапазона зак|рыт и на выходе устройства не нояв-ляется наапряжение.

Иапользование сле,дящего за частотой устройства, .предварительно оираделяющего значение .верхней рраиичной частоты на-иболее низко-частотного процесса, позволяет следить

за по1следней при .изменении ее во време.ни. Это значительно расширяет класс исследуемых сигналов за счет воз-можности определения шага из-мерення функции корреляции

нестационарных по спектру сигналов.

Поскольку CTiporo стационарных процессов не сущест1вует, а . отсутствие предварительных иамерений функции корреляции исслэдуемых процессов с целью определения

шага ее измерения сокращает время из-мерения процесса в 2-3 раза, то использование подобного устройства по-зволяет сократ)ть время измерения функции карреляци-и и тем самы.м обеспечить получение опраделенного

экономического эффе1кта.

Ф о -р м у л а и 3 о б ip е т е н и я

Устройстао для определения шага измерения функции корреляции случайных сигналов, содержащее первый и второй следящие фильтры, входы которых являются соответственно первым и вторым вхо-дами устройства, а выходы через первый и второй -комиараторы соответственно соединены с первььм и вторым входам1И элемента И, выход которого через ключ соединен с делителем нанряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения класса исследуемых сигналов, в устройство введены источник постоянного напряжения и последовательно соединенные стробируемый усилитель, сум-матор н интегратор, выход кото:рого подключен к управляющим входа-м первого и второго

сле дящих фильтров и .ключа, другой вход сумматора соединен с источником -постоянного наяряжения, а входы стробируемого усилителя подключены соответственно к выходам первого и второго компараторов.

Источники ин()ормадии,

принятые во внимание при экспертизе 1 Авторское свидетельство СССР JY 226970, кл. G 06F 15/34, 1968.

2. Авт-эрокое свидетельство СССР 321941,

кл. G 06F 15/34, 1971.

3 Авторское овщетельство по заявке .N9 2071486.18-24, кл. G 06F 15/34, 1975.