Устройство для определения статистических характеристик случайных процессов Советский патент 1979 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ,

.метрии, эксцесс и т.д. Известное устройство не позволяет измерять также и характеристики случайных процессов, размерность которых совпадает с размерностью случайного процесса, например, среднеквадратическое отклонение. Кроме того, известное; устройство сложно в эксплуатации, так как операция возведения в степень исследуемого сигнала выполняется с помощью аналогового функционального преобразователя, который перед началам измерения

необходимо настроить на реализацию нужной нелин ной зависимости, , однозначно определяемой порядком измеряемого .момента.

; Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счёт определения нормщ ;&ванных характеристик, а также увелиЧенИе точности определения корреляционной функции и улучшения эксплуатационных характеристик устройства.

.Это достигается тем, что в устройство введены второй элемент И, вычислител.ь дисперсий, сумматор по модулю, два, пе;реключатель кодов, пёрв.ая и вторая группы элементов

ИЛИ, группа элементов И, третий и четверт.ый элементы И, блок вероятностного округления чисел,, блок ум.ножения, первый и второй частотноверрягностные умножители, причем

;Ёхрды первого частотно-вероятностного умножителя соединены соответственно с контактами первого переклю. чателя и с первымивыходами генератора так то выгх импульсов и генератора случайных чисел, входы второго элемента И подключены к первому выходу первого частотно-вероятностного умножителя и к выходу триггера соответственно,входы вычислителя дисперсии соединена соответственно с разрядньами зыкодами второго ре.гийтра,вторым выходом генератора случайных чисел, выходом первого элемента И и вторым выходом генератора тактрвых импульсов,входы сумма ра rio iмoдyлю два соединены с выходами зна.ковых разрядов соответственно первого и второго регистров, а выход сумматора по мОдулю два подключен, к сосгтветствующему контакту второго переключателяj разрядные входы переключ|1теля кодов соединены с разрядными выходами второго регистра, а управляющий вход подключен к соответствующему контакту второго переключателя, информационные входа группы элементов И соединены с выходами переключателя кодов, а управляющий йход - с вьвсодом второго элемента И, а выходы группы элементов И подключены через вторую группу элементов ИЛИ к входам младших разрядов

,суматора, входы третьего элемента И соединены с соответствующим контак.том второго переключателя и с в,ыходом второго элемента И, а выход третьего-элемента И через первую группу элементов ИЛИ подключен к входам старших разрядов сумматора, выход четвертого элемента И подключен к входам первой группы элементов ИЛИ, а входы четвертого элемента И подключены соответст- венно к выходу знакового разряда сумматора и к соответствующему контакту третьего переключателя, входы блока вероятностного округления чисел соединены соответственно с выходами сумматора, вторым выходом генератора случайных чисел И с. вторым выходом генератора тактовых импульсов, входы блокка умножения подключены соответственно к выходу знакового разряда сумматора, к выходам блока веро ятностного округления чисел и к соответствующему контакту третьего переключателя, а. выходы блока .умножения подключены к входам второй группы элементов ИЛИ, входы второго частотно вероятностного умножителя соединены соответственно с разрядными выходамисумматора, с вторым выходом генератора случайных чисел и с вторым выходом генератора тактовых импульсов, а выход второго частот,но-вероятнрстного умножителя подключен к соответствующему контакту третьего переключателя, . другой кон.такт которого соединен с соответствующим выходом вычислителя дисперсий. . ,

На -чертеже дана принципиальная схема устройства.

Оно содерзкит первый блок 1 центррования,первый аналого-цифровой преразователь 2 (АЦП), блок 3 оперативной памяти, второй блок 4 центрирования, второй аналого-цифровой преобразователь 5 (Ацп) , блок б управления, первый регистр 7,второй регистр 8, генератор 9 тактовых импульсов, генератор 10 случайных чисел, первый ёЛемент-И 11, делитель 12 частоты, триггер 13, первый частотно-вероятностный умножитель 14, второй элемент И 15, вычислитель 16 дисперсии, сумматор 17 по модулю два (или двухвходовый элемент И), переключатель 18 кодов, третий элемент И 19, группу 20 элементов И, первую группу 21-элементов ИЛИ, вторую группу 22. элементов ИЛИ, суматор 23, четвертый элемент И 24, блок 25 вероятностного округления чисел,.блок- 26 умножения, второй 27 частотно-вероятностный умножитель, первьДй 28 преобразователь кол-частота, сХему 29 сравнения, сдвиговый регистр 30, многовходовой элемент И 31, вто рой 32 преобразователь код-частота, группу,33 элементов И, третью группу 34 элементов; ИЛИ, суматор 35, пятый элемент И 36, блок 37 вердят.ностного округления чисел, блок 38 умножения, третий частотно-вероятностный умножитель 39, первый переключатель 40, второй переключатель 41, третий переключатель 42, четвертый переключатель 43, пятый переключатель 44, кнопочный выключатель 45, первый вход 46 устройства (вход сигнала X /t/, второй вход 47 устройства (ход сигнала у /t/) первый выход 4 7 первогр частотно вероятностного умножителя, второй выход 49 первого частотно-вероятност ного умножителя, шестой переключатель 50. ; : -, ; . -; : Вход первого блока 1 цёнтрирбва ния соединен с первым входом 46 уст ройства, а выход блока 1 подключен к входу первого ан ало го-цифрового преобразователя 2, управляющий вход которого соединен с выходом блока 6 управления, Выходы прёобразойатёля 2 подключены К: входу блока 3 one .ратйвной памяти и квходам первого регистра 7 Вход вторе го блока 4 подключен к второму входу 47 устройства, а вйход блока 4 через второй айалого-цифро.вой преобразователь 5 соединен с входом блока 3 оперативной памяти/ у правляющий вход к6торого подключен к выходу блока 6 управления, другой выход блока 6 управления соединен с управляющим входом преобразователя 5. Вход второго регистра 8 соединен с выходом блока 3, а разрядные выхода блока 8 подключены к контактам первого п1ерёключателя 4р,другие контакты которого соедин$ны с разрядными выходами hepBoro регистра 7 и с входами первого частотно- веррятнЪстного умножителя 14. Первый выход генератора 9 тактовых импульсов соединён с входами первого часто.тно-вероятностного умножителя 14, первого мента 11 И,и через кнопочный выключ тель 45 с исходом триггера IS. Входы вычислителя дисперсии подключены к . разрядным исходам первого регистра 7,генератора 10 случайных чисел,к в рому выходу генератора 9 та ктовых и пульсов и к выходу первого элемента И.Выходы генератора 10 случайных чи соединены с входом первого 14 и второго 21 частотно-вероятностных умножителей и с входами блока 25 вероятностного округления числа, другие входы блока 25 и умножителя 27 подключены к второму выходу генератора 9 тактовых импульсов и к разрядным выходам сумматора 23. Второй вход триггера 13 через делитель частоты 12 соединен с выходом первого элемента -11 И, а выход триггера 13 подключен к второму входу элемента 11 И и к входу второго элемента 15 И, другой вход которого, соединен с первым выходом 48 блока 14. Входы сумматора 17 по модулю два соединены с выходами знаковых разрядов регистра 7 и 8, выход блока .17 через переключатель 41 подключен, к входу третьего элемента 19 И и переключа:теля кодов 18, другие входы которого соединены с разрядными выходами регистра 7, а выходы блока 18 подключены к входам группы элементо.в 20 , И. Выход второго элемента 15 И соединен с управляющим входом группы элементов 20 И и с ВХОДОМтрётьёто элеШнта 19 и. Выходы элемёнта 19 и группы 20. через первую 21 и .вторую 22 группы элементов ИЛИ соответственно соединены с входами сумматора 23, выход знакового разряда которого подключен к вхоДу четвертого элемента 24 Ник входу .блока 26 y шoжeния. ВыхоДы блока умножения 26 соединены с выходами блока 25 вероятностного .округления чисел и с одним из контактов третьего переключателя 42, а выходы блока 26 через вторую группу элементов 22 ИЛИ подключены к входам младййх разрядов сумматора 23, замыкая цепь, отрицательной обратной; связи. Выход четвёртого .элемента 24 И соединен через первую груйпу элементов 21 ИЛИ с входами старших разрядов сулйчатора 23, а вход элемента 24подключен к одному из контактов третьего переключателя. Другие контакты которого сое-. динены с первым выходом второго частотно-вёрЬятнрстного умножителя 27 и с выходом вычисЛй:теля 16 дисперсий. - / . . - V ; ;С помощью такого устройства можно измерять следующие х;арактерйстикй случайных процессов: кррреляцион ную функцию. Одномерный.момент К-го порядка, :смешан.ные двумерные моменты функции (1 + К) порядка, нормиро,.ванные .Характеристики случайных процессов (нормированную автокорреЛяцион.ную функцию, коэффициент ассиметрии,эксцесс и т.д.), хара ктеристики случайных процессов/размерность которых совпадает с Размерностью процесса (среднеквадратйческое отклонение и т.д.). Рассмотрим каждый из перечисленных режимов работы устройства вотдель;нОсти. Пусть устройство работает в. режиме измерения автокорреляционной функции. В этом случае п-переклю- чатели 40, 41 и 43 находится в положениях, показанных на чертеже. Положение переключателей 42 к 44 безразлично. Триггер 13 установлен в единичное состояние и сигнал с его Выхода разрешает прохождение импульсов с первого выхода 48 первого час тотно-вероятностного умножителя 14 . через элемент 15 И на входы элемента И 19 и группы 20. Единичный сигнал с выхода триггера 13 разрешает прохождение тактовых импульсов с выхода генератора 9 через элемент 11 И на вход делителя частоты 12. С помощью делителя частоты.12 задается продолжительность измерения, так как импульс с выхода делителя 12 сбрасывает в нулевое состояние триггер 13 блокируя, тем самым,дальнейшую работу всего устройства. На первый вход устройства подается сигнал X (€), автокорреляционную функцйю которохчэ необходимо .измерить. .На второйвход устройства сигнал у (t) не п&дается и блоки 4 и.-ЩП 5 впроцессе измерения не участвуют. Переключатель 50 разомкнут и ймпульсы С: выхода генератора 9 не :могут поступать, на входы элемента И 24, блоков 25, 26, умножителя 27 и эле;мента И 36, блоков 37, 38, умножител ;39, исключая, тем, их из работы {названные блоки при измерении корреля/ционнйх функций и; моментов высших порядков н.е используются). В моменты времени. задаваемый бло ком управле1|Ия б, на вход регистра 7 поступает цифровой код х (t) с вы хода ;перво1о аналого-цифрового преэбразователя (АЦП) 2, В это же время . с .выхода блока 3 на вход регистра 8 поступает код х (t-т) Влок 3 выпол няет функций блрка задержки , в нём и регистрах 7 и 8 числа хранятся в прямых кодах, причем разрядность этих чисел выбирают, исходя из. заданной тбЧйости вычисления статичес Кйх характеристи.к. Блоки 1 и 4 при вычислении центральных моментов про изводят операцию центрирования вход HHjt аналоговых сигналов х (t) и . У (t} г-- - , ; Цифровой код X (t-t) поступает с выхода регистра 8 ;через переключатель 40 на вход умножителя 14, где прео:бразуется преобразователем кодчастота 28 в детерминированную пос-ледоват.ел ность импульсов - средняя. относительная частота повторения им пульсов в которой прямо пропорциональна (лши равна) входному коду, т .е. коду X ( ). Поскольку в рассматриваемом режиме выходы сдвиговр го регистра 30 с помощью переключателя 43 отключены от входов элемёнT i 31 И, то импулЬ|СНый поток с выхода преобразователя 28 через эле; менты 31 И и 15 И поступает на вход элемента И19 и группы 20 (отключен выхода регистра 30 от соответствующего входа элемента 31 И равносильн с логической точки зрения подаче на ..JBTOT вход элемента 31 И разрааающе«Гхэ (единичного) потенциала. Таким Образом, при вычислении автокорреляционной функции фактически в умножителе 14 и.спользуются только преобразователь 28 и элемент 31 И, а схема сравнения 29 и сдвиговый регистр 30 от-ключены переключателем 43. Тактовая частота t, генератора 9 тактовых импульсов в несколько раз (например 8, 16, 32 и т.д.) превышает частоту Iji поступления чисел X (t) и X (t-f) на входы регистров 7 и 8, которая задаётся блоком ё управления.. Отношение частот i. : i генератора 9 и блока 6 выбирают заранее, исходя из точности вычисления харакТеристик случайных процессо.в. За время (время нахождения числа X (t-it) в регистре 8) навыходе преобразователя 28/может появиться несколько импульсов, причем количество этих импулБсов, отнесенное к количеству поступивших за время Т на вход преобразователя 28 тактовых импульсов, равно (в пределах точности) числу X (t-t), что вытекает из свойств преобразователя код-частота. Например, пусть частОта ге.нератора 9 в 16 раз превышает частоту работы блока 6. И пусть х (t-t) 0,0101 (в двоичной системе счисления). Тогда за 16 тактов работы генератора 9 на выходе преобразователя 28 может появиться 5 импульсов, и, следовательно, относительная (по отношениюх-к -тактовой частоте генератора 9) частота повторения импуль-; COB на выходе блока 28 равна 5 .- -, .: . - . 0,0101 x(i-r). Очевидно, если в рассматриваемом примере разряд ность числа x.(t-t) больше четырех (без учета разряда :3нака), то при отношении частот . : {. 16 ; 1 преобразование кода xd-f) будет про- . исходить с пограиностью, равной, весу Неучтенного младшего раздеда. Названнйя пргтрёшность обубловлёна, влиянием разрядов (в нашего случае разрядов, начина.я с пятого) на работу преобразователя. 28. Очевидно также, что названная погрешность тем меньше, чем-;.больше-соотношение частот f. : iz .f; ; . . На выходе сумматора 17, реализующего логическую функцию .р азноимеи- . ности (сложение по модулю 2), сигнал появится только в том случае, если на его входы поступят раз.ноименные сигналы (комбинации 0-1 или 1,-0) . Но входами сумматора 17 являются вы-, ходы знаковых разрядов регистров 7 и 8, и. Следовательно, на входи переключателя 18 и элемента 19 еди ничный потенциал поступит с выхода сумматора 17 только тогда, когда знаки чисел x(t) и x(t-t) различны. Поскольку при вычислении автокорреяционной функции необходимо вычисять парные произведения x(t) |t-t), то по значению выходного йгнала сумматора 17 можно судить том, какой знак (положительный ли отрицательный) имеет произведение. Так, есйи на выходе элемёцта 17 появится единичный уровень, to произведение x(t) x(-t-r) отрицательно, если на выходе элемента 17 будет нулевой уровень, это означает, что названное произведение положительно,

Сумматор 23 выполняет функции усредняющего устройства (устройства. Вычисляющего оценку математического ожидания входного сигнала) и, работает с числами,, представленными обратными кодами. Поэтому, на.входе сумматора 23 отрицательные числа поступать в инверсном коде. Электронный переключательйодов 18 обеспечивает поДачу на входи сумматора 23 числа x(t) в прямом или инверсном кодах в зависимостиот SHaiка произведения х{1) x(t-t), Другими словами, если на выходе элемента 17 будет единичный уровень, то с выходов регистра 7 число x(t) через переключатель 18 поступит на входы группы 20 в инвё зсном Коде, а если на.выходы элемента 17 будет нулевой уровень, то число х(t) с выходоб регистра 7 будет снято в прямом . коде, С помощью элемента 19 И и группы эле1«нтов 20 И происходит умножение числа x(t на число x(l-t), гфедставленное детерминированным потоком импульсов.Количество элементов И Bi блоке 20 равно разряднр.стй чисЛЭ; x(t), т,е, каждому разряду чйсла }(t) соответствует свой элемейт И, на другой вход которого поступает последовательность нулей и единиц с выход элемента 15 И. .;

, Если в Данном такте на выходе преобразователя 28 код-частота появится импульс (единичный символ), то этот импульс через элементы 31 И и .15 И поступит на выходы элемент.а И 19.и группы 20. Импульс с Выхода преобразователя 28 разрешит происхождение числа X(t) через группу элементов 20 И и вторую risyntty Лозгичёских элементов 22ИЛИ на входы сумматора 23. Если Т1р6йзвёдёние чисел x(t)x(t-t) отрицательное, о инверсный код числа x(t) постуйй : посигналу с выхода элемента 15 И в мпадшие разряда суммато ра 23, а. в старшие разряды сумматора в этот мэмент времени поступит единичный . Сигнал через элемент 19 И в первую группу ,элементо.в ИЛИ 21, Если произведение x(f). х(ч.-г) положигельнре, то элемент 19 И закрыт,и прямой код числа в момент пОявления импульса на выходе -элемента 15

} пройдет на младшие разряды сумматора 23 через .20 и 22. Сумматор 23 (накапливающий сумматор) производит усреднение потока входных сигналов.

Таким образом, за время Т 1

Т г

входы сумматора 23 число х( t) поступит столько раз , сколько импульсов за это время появятся на выходе преобразователя 28. На количество импульсов, появившихся на выходе пре0образователя 28, пропорционально (или равно) числу х(t-t) , и.следовательно, с помощью блоков 7, 18, 19, 2d, 23, произх идет умножение числа . :X(t) на x(t-t) и прибавление этого

5 произведения с учетом его знака к ранее накопленной сумме. .

.Повторяя процедуру вычи сления парных произведений x(t) x(t-t) и операцию усреднения заданное количество

0 раз, после окончания процесса изме:рения р сумматоре 23 получим число, i прямо цропорцйональноеЗначению оценки автокорреляционной функции ,K(t)(t)x(t-t) в обратном ко5де, . . .

; Заметим, что в щзедпагаемом уст;ройстве числа x(t) и jc(t-f) представлены детерьшнированным способом, тогда как 8 известном устройстве один .

0 из сомножителей кодируется вероятностным (знаКЪвым) методом. Числа x(t-ir) как в предлагаемом, так ив й;звес нОм уст ройстве представлены пропорциональным числом импульсов.

5 Следовательно, предлагаемое устройство имеет более высокую статистичес- кую точность (меньшую дисперсию оценки), чём известное при усреднений выборок одинакового объема, : ..

одновременно с вычислёйием авто0корреляционной функции K(t)M{x(t) j.x(t-b) в cyNiMaTope 35 будет полуj чена оценка дисперсии (t )7 ;Процесс вычисления дисперсии с по:мэщью блоков 32, 33,. 34, 35 проис5ходит также,-как процесс вычисления автокорреляционной функции, с той I лишь разницей, .чтО ка вход второго преобразователя 32 код-частота пост/пaeт/чиcлo.x(t). Отличие также

0 состоит в том, что в вычислителе дибйерсий 16 н.ет необходимости определять знак произ ведения x(t i (знак этого произведения iвсегда положительный), что позволило нес5колько упростить схему блока 16, Другимисловами, в вычислителе дисперсии 16 преобраэователь 32 группы32, 33, 34, сумматор 35 выполняют функции, которые выполняютf блоки 28, группы 20, 22, сумматор

0 23 при вычислении автокорреляцион.Ной функций. Блоки, эквивалентные по;своему назначению блокам 18, 17, 21, в вычислителе дисinrepСии отсутствует, так как последние нелб5ходимы для работы только с числами, имеющими разные знаки. ; РёжйМйэмерения. взаимнокорреляционной функции Mtx(t)y(t-t) отличаетсяот рассмотренного режима только те.м, что в блоке 3 записывается (а следовательно, и счи тывается) информация о случайном про цессе у (t). В этом случае на выход блока 4 подается сигнал у (t ) г который с помощью второго аналого-цифре вого преобразователя 5 преобразуется в цифровой : код и затем записыйа, ется в блок 3. Ос1аноВимся надруГИх режимах ра боты предлагаемого устройства. Рассйотрйм режим измерения моментных функций высших порядков.Для определеййя (без потери общности) будем считать,: что происходит измерение Mt ieMTa третьего порядка. В дтбмслучае переключатель 40 переведён; в йШб5кёнйе, противоположное тому, какое.показано на чертеже. . Слёдйвйтепьно, на вход умножителя 14 поступает число х( t) с выходом : зегйстра 7. Переключатель 41 пере ведён в краййее нижнее положение, Ли поэтому на входы пе)еключателя 18 -иЭлемента И 19- поступает значение зн-акового разряда числа x(t). ЕСЛИ . ..:,x(t)0, то )6, и, следовательне , по-знаку Числа x(t) можно судит / о знаке; произведения x(t). По срай нению со схемой, приведенной на чер тёже, на входы логического элемента 31 И itddtynaeT, кроме текстовьах им пульсов и детерминированной последовательности импУлЬсов, с выхода прерёразователя 28 также и случайНа;япослейойательн6сть с первого в ..; хода сдвйгового регистра 30 (у пе рёключателя43 замкнуто два нижних /контакта). Положение Переключателей |42 и 44 попрежнему безразлично. Объём усредняемой вьаборки Задается с ;прмоЩью делителя частоты 12. ПерёклЬчатель 50 разомкну т. .В рассматриваемом режиме на три НИЖНИХ входа элемента 31 И п6ступают: тактЬёые импульсы, частотная послед6ва:тёльность и. случайный по ток. О&тальййе кбит акта перёключате ля 43 разомкнуты, что с логической ., точки ;Эрёния равносильно подаче на сортветОтвующие ВХОДЫ элемента 31 И едйнич;н9го потенциала. Такйм обра;зом, на|выходе элемента 31 И импуль :появйтся тбл51 о; в бм случае, -есзли Одйоврё1 ённо на его входы поступят импу.пьсы с выходов преобразователи 2iB и регистра 30 (тактовые импульсы с выхода генератора 9 поступают в каждом такте) . Но на первом ВЕДХоде сдвигового регистра 30 импульсы по яяютс.я в те же моменты времени,что на его входе,на второй выход сдвйг .sbro регистра проходит сдвинутая м один такт входная последовательность, на третий выход проходит сдвинутая на два такта входная последовательность и т.д. На выход сдвигового регистра 30 импульсы поступают с выхода схемы сравнения 29, на выходе которой импульс может появиться трлько в том случае, если в данном такте случайное число С выхода генератора 10 случайных чисел меньше или равно x(t), хранящемуся в регистре 7. В этом , случае на выходе схемы сравнения формируется независимый случайный им-, с пульсный пртрк, вероятность появления иМпульса а котором npiямб пропорциональна (или равна) преобразуемому числу X(t), если генератор Ю генерирует независимые равновероятные случайные ШШа в диа пгазона от нуля до ёдинигда, а числа x(t)масштабированы так, что веррятНост ь P{x(t) 1} близка к еДйНице (случай, когда случайные числа с выходом генератора 10 и числа X (t) йэ меняйте я 1з пределах от - А дЪ+ А, отличается от расрматриваемргр :толбйй Шсщтабным коэффицйентом, что Несущественно). Таким образом. На выводе элемента 31 И образуется импульсный поток, ве роятность появления йМйульса в котором про порцйональна (или равна) произведению Xg Х0,- так как потоки с выходов преобразователя 28 кодчастрта и схемы сравнения 29 статистически нез авйсймы междУ собой, : где Xjj - вероятность прявлёния импульса на выхрде схемы сравнения 29 ((t) /Xjj - относительная ;4acTQTa,повторения импульсов и детёрмйнирова«ярм потске формируемом на выходе преобразователя 28 (Хдг x;(t)). .:,., ;/ ; , . .... -, . ;. - Следовательно, (t). Да-цёе выходной сигнал элемента 31 И УШож ается с помощью блоков f 17, 18, 19, 20, на число x(t) с учетом знака Числа X (t) г и на входы сумматора 23 поступает произведение x(t) Хд в x3(t) , Очевидно, что в сумматоре 23 после окончания работы Устройства образуется код,, пропорцйон ьный рбтье йУ мбменту (t)j .6 Остальном работа предлагаемого устройства в раЪсматрйваеМбм режиме ие от,пичаетсЯ:От работы уст ройС1Гва при вычислений aBTOkopреляцйонной ФУНКЦИЙ . . , . Аналогично происходит измерение моментных функций более высоких йр рядков. Например, при измерений момента 5-го порядка необходимо на вход элемента 31 И подать кроме детеминйрованйого потока с выхрда прербра:зоватёля 2S три случайной последовательнос ги с. выходов сдвиi гаемб17о регистра 30, что легко осуществить с помсядью переключателя 43. Очевидно, В йоследнем,Случае вероятность появления импульсов на выходе элемента 31 И будет пропорциональна произведению xj ж (t) , так как случайная последова тельность с выхода схегдл сравнения независима. При измерении яетных мо ментов, кроме того, необходимо пере водить переключатель 41 в крайне ве нее положение, подавая тем самыМ на Buxofsfn переключателя 18 и элемента 19 нулевой потенциал (верхний койтакт переключателя 41 заземлен). По леднее обстоятельство необходимо учесть потому, что числа, возведенныё в четную степень, всегда положи тельны, и, следовательно, независимы от знака числа x(t), на выходы группы элементов И 20 числа срегистра 7 необходимо подавать веетда в прямом коде. При.измерении пер вого ьюмента все контактй переключа теля 43 разомкнуты и на выход элемента 31 И проходит тактовая последовательность с выхода гене ратор.а 9 Режим измерения смешанной двумер . ной молюнтной функции (1 ч- К) поряд ка (t)y ()J отличается от рассмотренного только тем, что на ;вход первого частотно-вероятно;стно;ГО умножителя 14 подается число . ; у (t-rf ) (переключатель , 40 нахо дится . в полЬжёМйи,Показанном на чертеже и, следовательно,на выходе блока 14 формируется импульсный поток, веро:я ность появления импульса в котором пропорциональна у (t-t). Далее происходит пере1д ожение чисел зс{t) и у (t-t) , одно из которых представлено импульсном потоком. На выходе сумматора 23 образуется щфроеой код. . ; . Расскютрим режим измерения йорми .рйванной автокорреляционной функции.. В этом случае переключатели 40 41, 42, 43, 44 находятся в положе ниях, показанных на чертеже. На вхо дЫ элемента И,24, блоков 25, 26 уйн жителя 27, элемента И 36, блоков 37 38, умтюжителя 39 поступают импульсы с второго выхода генератора 9 тактовых импульсов (переключатель 50 замкнут), и поэтому названные блоки, кроме умножителя 27, используются для измерения нормированных характеристик случайных процессов, умножитель 27 для работы в названном режима не нужен, и поэтому ёгс выход Отключен от входа блока 26 переключателем 42. , На значение блоков 25 и 37 вероят ностного округления чисел состоит в уменьшении разрядности чисел, участвующих в дальнейшем в операций умножения. Поскольку математическое ожидание числа после его вероятностного округления, а также результата при выполнений всех арифметических oneраций, является величиной несмещенной независимо от разрядности округляёмых чисел, то это обстоятельство позволяет g устройствах для опредеттения характеристик случайных процессов при достаточно больших объемах выборок операции суммирования и умножения осуществлять после вероятностного округления надмапоразрядными числами;при получении точности конечного результата, равную точности задания исходных чисел. ;Назначение.блоков 26 и 38 - умножение чисел, поступающих на их бходы в п арайлёЛьном коде, на второй сомнржител, гфедставленный частотным или-:ст6хастическйм (в .частном случае Детерминированным) :потрками импульсов, Отмосительная частота повторейия импульсов/или вероятность появления импульс.а в которых равна у (если поток детерминированный, то у « 1) . При режиме измерения автркоррёляЦиониой функции -происходит умножение числа x(t) с учетом его знака на частотный поток с помощью переключателя 18 группы 20. Каждый из блоков. 26 и 38 выполняет те же действия, что и перекл1рчатель 18 И элемейтй20 вместе. Блоки умножения (26 и 38) состоят из переключателя кодов, и труп- . пы элементов И, поэтому работа блоУОВ 26 и 38 ни чем не отличаются от совместной работы переключателя кодов 18 Н группы элементов 20. Здинствённое Отличие заключается в тОм/что бЛОкй 26 и 38 стоят в цепи отрицательной обратной связи соответствующих сумматоров и, поэтому числа с выходов блоков вероятностногО округлёни.я снимаются в прямэм Коде, если числа в соответствующих сумматорах отрйцат1ельны, ив обратном (инверсном) коде, если эти числа положитеЛьн ые.. .. Назначение элемен то в И 24 и 36 то же, что и назначение элемента . Импульс на выходе элементов 24 и 36 должен появиться только тогда, когда на их входы поступит разреша 0щий потенциал с выхода знакового разряда сбответствуюЩего / сумматора и импульс из потока импульсов, кодирующего второй сомножитель. Другими словами, если число в соответствующем сумматоре положительно, то на выход элементов 24 и, 36 должна пройти импульсная ПОследовательнрсть, поступающая на их входа, а есяи число отрицательное, то элементы 24 и 36 заперты. . Назначение частотно-вероятност- ных умножителей 27 и 39 то же, что и наз 1ачение умножителя 14, С помощью этих блоков происходит форми Цзование потока, вероятность появленйРГ импульса, в котором пропорциональна (t)l , ..

rflez.(t) - Число в соответсгнующей сумматоре;

tn - степень. На входы умножителей 27 и 39 числа поступают в пря момкбде, а с помощью перегаирчателей, аналогичных переключателю 43, в умножителе 14 можно измеи ять сте- пень гл. Кроме того, первый выход час-: тотно-вёрбятного умножителя 39 соединен с одним иэ контактов третьеiro переключатели 42, а второй выход умножителя 39 подклйчён к конта ту ; переключателя 44. Нумерация рыхоДов умножителя 39 та же, что и у умножителя 14, а именно на первый выход умножителя 39 проходит поток, ввЕ оятнрстьГ Шявления импульса в koTOРОМ пропорциональна . z (tl , а.. н& второй вйход-частотная прследоBat ел bHocTfb, относительная частота Швтбрёййя :импульсо.в в которой прот йорцирнальна .(Ъ)1 ., , .

Итак, в а ссматриваемом режиме на вхбд блока 26 через переключатель 42 поступает 1астотн,ая последовательноЬтьГс ;вцхода частотно-веро-, STHPcTHOfо умножителя 39, а на вход блока 38 через: переключатель 44 актовая пбсйедовательность ср втррЬго выхода,гёнератора 9.

Элемент 24,,блоки 2S, 26, умножитель 27, элемент 36, блоки 37, 38/ умйожитёль 39, вкдюченн:ь1е в цепь : отрицательной обратной ,связ и соо Вётетвующего сумматора, обеспечивают следящий режим работы ci MMaTopoB 2.3 и 35, Поэтому перечисленные блоkfriJieeT б соответствующими им матораглй работают так же, как и i активные фильтры, в цепь обратной свяэ и которых включен а Т9С-цепочк а. СледовaTeJntbHO, после завершения пер ходных процессов в схеме в dyMMaторах 23-и 35 должен установится йод, Математическое ржидание которого пропррцирнально заданной функции отматематического ожидания ЙхЬ дйЪК) ейгн ала .

Найрймёр, в рассматриваемом режиме в сумматоре 35 устаНо итРя цифров.Рй код 2(t) математическое ожидание которого пропорциональйо дисперсий сигнала x(t). Дейстййт гльно, в .установившемся режиме должно вы.Сблнигыйя условие устойчивос и

) г

аероятйРсть появлеу ний импульса на входе блока умножения 38

()1 математическое ожидание ЦИФРОВО1ЧЭ кода ) в сумматоре 35 (код (fc) через блок 37 поступает йа вход

блока умножения 38 в параллельном коде)j (OJ- математическое ожидание квадрата входного сигнала хС t) .

Учитывая, что 1, так как на вход блока умножения 38 поступает тактовая последовательность с выхрда генератора 9, им.еем

(t)))J .

На первом выходе частотно-вероятностного умножителя 39 формируется прсяедоватеЛьность, относительная частота повторения импульсов в котоР ой про порцир н ал ьн ая (ил и р ав н а)

MftrczjCt) . - : :

Установив fns 1, имеем

:; )j M z2rt; -D| a)|..

ЧастртнаяподЛёдовательноеть с i первого выхода блока 39 прстулает ; на вход блЬка умножения 26. Для сум:Матора 23Можно записать условие устойчивости в следующем виде:

: ; /;. Mlxri).xft--t; M z,ft).,

i где М{ 2, (tij -математическое

оййДание цифррвргр кода: 2, (i) в .

сумматоре 23 .::..-.;

- У( - вёрбятйОбть пРявления импульса и а вхрйе. блока умножения 26; Klx(-t)x(-L-t)T ; - математическое ожидамйе произведения сигналов x(t) .KxCt-t) . .;;;-;.:;;.,./,/-;. . .,;.. , ,..

Учитывая, что .(t)} , имеем

Mfz Ml .(0.x(t-) .(-tV Mlz,(-tJJ - B0(t) . -DtxCt)

Последнее соотношение показывает,

что 6 помощью предлагаемого устройства можно производить измерение нормиррйайной автокорреляционной Функции.

Аналогично происходит измерение

и остальных нормированных характеристик случайных процессов,

Нап1ример, пусть необходимо опре-. делить крэффициент ассиметрии

i} дия этого необходимо с по- (э 1-

мощью переключателей 40, 41 и 43 Нерёвести устройство в режим измерения третьего моме|-гта а переключа- :

тель 42 оставить в положении, показанном на че:ртеясе, С помощью переключателя 44 н еобходимр на вход блока ЗВ подать «laPTOTHyro йбследо- I вательнОсть с второго вйхода умножителя 39,.

Для второго сумматора 35 условие

устойчивЬсти записываются в.гвяде

:м{ ЧО «м12а«)-Уа где у2-« (t) J ; так как на вход блока умножения 38 подается частотная последователь ность с второго выхода умножителя 3 Отсюда имеем )- llMtx ft) На первом выходе частотно-вероят ностного умножителя 39 формируется последовательность, вероятность появления импульса в которой ()3-Установив твЗ, получим ,ft))6, Условие устойчивости для первого I сумматора 23 имеет вид )--Mi;z,(i)J-4, / где Отсюда При,измерении четных моментов не обходиг«э производить нормировку на величину i)(t) где m - порядок измеряемого моменте. Для этого.необходимо подавать на вход блока умножения 38 тактовую последовательность с выхода гег нератора 9. При этом ) t)J . С помощью частотно-вероятностного умножителя 39 формируют последо вательность, вероятность появления импульса в которой равна (t) . и-. При измерении .нечетных моментовк необходимо производить нормировку н величину 6 . Для этого необходимо подавать на вход-блока умножения 38 частотную последовательность с первогЬ выхода умножителя 39. При STO в установившемся режиме в сумматоре 35 установится такое значение кода Za (t) , при котором MlZ,(t) I ej(. С помощью частотно- вербятностного умножителя 39 можно сформировать последовательность, вероятность появления импульса в которой равна ®г ... . Рассмотрим режим измерения харак теристик случайных процессов, размерность которых совпадает с размерностью самого процесса. Пусть необходимо измерить следую вдую характеристику случайного процесса (t) . Тогда, с помощью переключателей 40, 41 и 43 уст ройство переводится в режим измерения момента т-ого порядка (t)J С помощью переключателя 42 на вход блока умножения 26 подается поток первого выхода второго частотно-вероятностного умножителя 27. Положение переключателя 44 безразлично .i На выходе частотно-вероя±ностйого умножителя 27 можно сформировать поток, вероятность появления импульса в котором будет пропорциональна величинам 2 (t) . Тогда условие устойчивости для сумматора 23 имеет вид (t))J-y, . но у .,(t/7 Тогда ,а) ) Извлечь корень четной степени из отрицательногъ ч1 сла 1йёвозм6жнЬ, поскольку этот корень просто не существует в области действительных ч.исел. Но такая ситуация не может вЪзникнуть при измерении характеристик вида V (tTj Поскольку в рассматриваемом режиме, а также при измерении нормированных характеристик случайных процессов, усреднение вь1борок происходит с помощью следящих цифровых фильтров, то объем выборок не нужно задавать заранее с помощью делителя частоты 12. Делитель частоты 12 в этих режимах не используется и его выход отключается от входа триггера 13, который в течение всего времени измерения остаётся в единичном состоянии, Совре.менный уровень развития микроминиатюризации позволяет изготовить предлагаемое устройство в очень, компактном виде. Освоено серийное производство блока оперативной памяти на 64 бита в одном корпусе, серийно выпускаются четырехзарядные сумматоры и регистры, шестиразрядные преобразователи типа код-частота (микросхема К 155 И Е 8) также в одном Koprtyce и т.д. Исключение из схемы предлагаейоЭгр устройства аналогового нелинейного преобразователя, который используется в известном устройстве Для в-бзведёния в степень входного сигнала, позволило не. только увеличить точность измерения (нелинейный преобразователь имеет не очень высокие Точностные характеристики), но и значительно упростило эксплуатации у стройства. Действительно, отпала необходимость в настройке преобразователя на реализацию нужной, нелинейной зависимости, поскольку в прёдйагаёнбй устройстве врзведение в степень Происходит с помощью цифровой техники-умножитель 14 и вся настройка , сводится; к замыканию контактов пе- еключателя 43. Использование новых элементов частотно-вероятностных умножителей элементов И и ИЛИ, вычислителя дисперсии, переключателя кодов, блоков вероятностного округления чисел и ; умножения, сумматора по. мэдулю два выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как позвсШяет увеличить точность, улучшить эксплуатационные характеристики и расширить фyнkциoнальные вбгнможности устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения стаистических характеристик случайных роцессов, содержащее генератор слуайных чисел, первый элемент И,, выод которого через делитель частоты подключён к первому входу триггера, второй вход которого соединен с кнопочным выкяючателем, триггера соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого подключен к первому внхЭдьГ генератора импульсов, первый и второй ре гистры, сумматор,. переключатели, первый и второй блоки центрирования, входы которых являются входами устройства, а выхол5л подключены к первым входам срлтветственно первого и второго аналого-цифрово вых преобразователей, выход первого

из которых и первый выход второго подключены к первому и второму входам блока оперативной памяти, выход которого подклю ен к вхрду первого регистра, а третий вход - к первому выходу блока управления, второй и третий выходы которозто подключены к управляющим входам соответственно перйого и второго аналого-цифровых преобразователей, второй выход второго аналого-цифрового преобразователя подключен к входу второго регистра, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства За счет определения нормированных характеристик, а также повышения ТОЧНОСТИ определения корреляционной функции, в него введены второй элемент И; вычислитель дисперсии, cyt iaTop помодулю два, переключатель кодов, первая и вторая группы, элементов или, .Группа элементов

Hf 1ретий и четвертый элементы И, блок веройтностйого ния чисёй, блок умножения, первый и второй частр но-вероятностные умножители, причем входы первого частотновероятнсхстного умножителя соединены еорт тствённо с контактами пер- . вого переключателя и :с первыми выходами генератйра тактовых импульсов и генератора случайных чиеел, входа второго элемента и: подключены к выходу первого частотяо-веpOHTHOCTtforO умножителя и к выходу триггера соответственно, входа вычуслителя дисперсии соединены соответственно с разрядными выходами второго регистра, вторым выходом ге-.

Ьёратора случайных чисел, выходом первого элемента И и вторым выходом генератора тактовых импульсов, входы сумматора по модулю два; соединены с выходами знаковых разрядов соответственно первого и второго регистров, а выход сумматора по модулю два подключен к соответствующему контакту второго переключателя, разрядные входы перёключа.тфля кодов соединены с ра&рядными выходами второго регистра, а управляющий вход под- . ключен.к соответствующему контакту , вторОгЪ . переключателя,: йнформацирн- . ные входа группы элементов И соеди- нены Ъ выходами переключателя кодов, а управляющий - с выходом вто- .. рого элемента И, а:.выходы, группы элементовИ. йодклюЧены черё вторую „ группу :эл;ейёнтрв ИЛИ к в ходам; младших разрядов сумматора , входы -Третьего ЭЛемейта.И соединены с роответствую.щим контактом вт.орого переключателя и свыхЬдом-второго элемента И,. а:выход тр-ёт;ь.егО, элемента И через п рвуй группу элёмёйтовИЛИ подклю-: чён,к овходамстарших разрядов сум- MaiOpa, выход.Четвертого .э.леМента ;.: .И .подключен к вхОда первой .группы элементов ИЛИ, а .входы четвертого Элемента .И подключены сОответственйок .выходу знакового разряда сумматора. ик, соотвётгствующему контакту ,:. третьего пер.еключатёля, ВЫХОДЫ вло- Kci :й:ерЬйт;нОётного спфугления чисбл.. . . сое.динены соотв:ётст.в.енн0 с, выходами | сумматора, вторым..выходом. генер.атора случайных чисел и с вторым выходом .гёнератора тактовых импульсов Входы блока у1Уйюжения. подключены : с.оответственно к выходу знакового разряда сумматора, .к. выходам блока ёрОятностно.го. ОКРУгл.ения. чисел и : , к соответствующему контакту третье- : гО переключателя, а выходы блока ултржёния п.ОдКлюЧены к входам второй Г руппь1 элементов ИЛИ , вХоды BtoрОгО. частОтнЬ-вероятностного умножителя Соединены сортветстве.нно с раэ рядньоми .Ьдами сумматОра, вторым выходом генератора случайных чисел и с вторым выходом генератора тактовых; йМ11ульс6в, а выход второго . частотно-вероятностного умножителя подключён к срответст.звующему- контакту третьего переключателя, дру гой контакт которого соединен с соответствующим выходом вычислителя дисперсии.:

Источники информации, .® во внимание при экспертизе

1.Авторское cBHJieTeJibcTBO СССР № 310254, кл. G Об F.15/34, 197l.

2.Авторское свидетельство. СССР № 227709, кл. G 06. F 15/36, 1966.