Устройство для измерения среднего значения и дисперсии циклической случайной величины типа фазы Советский патент 1980 года по МПК G01R25/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ И ДИСПЕРСИИ ЦИКЛИЧЕСКОЙ СЛУЧАЙНОЙ. ВЕЛИЧИНЫ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в фазовых радиотехнических системах (в фазовУх радионавигационных ирадиогеодезических системах, фазовых пелен-5 гаторах, системах передачи сообщений и т.д.). .

Известно устройство для определения среднего значения и дисперсии случайной величиньа, содержащее блок 10 установки уровня, блок вычитания, блоки весовых функций и нуль-индикатор 1}

Недостатком его является значительная погрешность измерения циклической случайной величины типа фазы. |5

Наиболее близким, к предлагаемому по техничес кой сущнос:ти является устройство для определения среднего значения и дисперсии случайных величин, содержащее аналого-цифровой- преобразо-20 ватель (АЦП), регистрирующее устройство и арифметическое устройств:о И.

Недостатком этого устройства является большая погрешность измерения (практически неработоспособность) 25 в том случае, когда измеря-емая случайная величина имеет циклический харак.тер и. когда центр ее распределения смещен относительно центра зоны анйлиза. Такой величиной может быть фаза зО ТИПА ФАЗЫ

сигналов, искаженных шумовой помехой.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что устройство для измерения среднего значения и дисперсии циклической случайной величины типа .фазы, содержащее аналого-цифровой преобразователь, регистрирующее устройство и соединенное с ним арифметическое устройство, состоящее из пяти умножителей, трех блоков вычитания-, двух сумматоров и квадратора, блок управления и синхронизации, соединенный с АЦП, арифметическим и регистрирующим устройствами, дополнительно снабжено п схемами сравнения, п счетчиками , п рекуррентными вычислителями среднего значения, п рекуррентными вычислителями дис- . Персии, in . ключевыми схемами, блоком отбора номера участка с максимальным числом выборок, блоком вычисления коэффициентов, блоком ключевых схем, двумя накопителями И блоком задержки, причем п схем сравнения подключены параллельно к выходу АЦП, первый выход каждой схемы сравнения- соединен с входом соответствующего счетчика, второй выход соединён с входами рекуррентных вычислителей, один из кото767662

является вычислителем среднего эначения, другой - вычислителем диспёрЙИй, ВЫХОД каждого из г счетчиков соединен параллельно с вторыми вхо;(ами ;соответствую1ир х рекуррентных вычислителей .среднего значёййя и;дисперсии, кроме того, выход каждого из п счетчиков подключен соответственно к п входам блока отбора номера участка С: м аксимальным числом выборок, блока вычисления коэффициентов и блока ключевых схем, выход блока отбора номера участка, с максймаль- ным числом выборок подключен к четвертому входу арифметического устройства, пять, которого соединен с первым выходом блока вычисления коэффициентов, второй, третий, четвертый, и пятый выходы блока вычисления коэффициентов соединены со.ответственно С шестым, восьмым, десятым и девя- тым входами арифметического устройст ва, выход каждого из г рекуррентных вйчйслителей среднего значения подключен к третьему,входу соответствукедего рекур.ентного вычислителя дисперсии,. и через срответствующук ключевую схему присоединен к третьему входу арифметического устройства и паралле.льно К .второму входу арифметического устройства через блок задержки, выход каждого И З п рекуррентных вычислителей дисперсии через соответствуюtiiyio кл.ючебую схему подключен к первому входу арифм.етического устройства , выход блрка ключевых схем соединен с седьмым входом арифметического устройства, одиннадцатый, и двенадцатый входы которого подключены соответственно через первый и второй на1 рпители ,к первому и второму выхоДйм арйф.метического устройства, третйй и четвертый зыходы арифметического устройства подключены к рёгистриpyidiueMV устройств Угуправляемые входы всех ключевых схем и блокаключе-. вьох схем соединены с блоком управления и синхронизации.

На чертеже представлена блок-схема преДла:гаёмого устррйс.тва. - ;;.

Устррйствр состоит из аналого-цифррвого преобразователя 1, схем сравнения 2т-2f, , счетчиков , ре куррентных вычислителей. ,у дисперсии, .рекуррентных вычислителей S,-5 среднего.значения, ключевых схем и 7,, блока 8 отбора .номера уча.стка с максимальным числом выборок, блока 9 вычисления коэффициентов, блока 10 ключевых схем, первого умножителя 11, блока 12 задержки, второго умножителя 13, первого . сумматора 14, третьего умножителя 15, квадратора 16, первого блока вычитания 17, второго блока вычитания 18, третьего блока вычитания 19, первого накопителя 20, четвертого умножители 21., пятого умножителя 22,. второго сумматора 23, второго накопителя 24, ре; ШСтрнр уйЩеГо устройства 25, блока 26

управления и синхронизации и арифметического устройства 27, состоящего ; из умножителей 11, 13, 15, 21 и 22, сумматоров 14 и 23, блоков 17, 18 и 19 вычитан-ия и квадратора 16.

Устройство работает следующим образом.

-Входная непрерывная случайная величина в АЦП-1 подвергается временной дискретизации с .последующим кодированием уровня каждой- дискретной выборки. Интервал дискретизации и интервал времени измерения, включающий М интервалов дйс кретизации,задаются с блока 26 управления и синхронизации. Кодовое значение каждой выборки Л:. поступает на п схем сравнения 2.,2п , где сравнивается с пределами участков зоны анализа измеряемой величины. При этом схеме сравнения 2-, соответствует, первый участок зоны анализа/схеме второй участок и схеме сравнения 2П -cj-и участок зоны анализа, в случае, если в схеме сравнения 2.; вьтолняется неравенство

5. МА,-А,)..()А,

где AT и A, нижний и верхний пределы - зо.ны анализа,

Д - номер выборки, .в счетчик 3 числа выборок I -го добавляется единица и выборка Tlj еЛучаЙЬбй величины поступает на рекуррёйтные вычислители дисперсии 4 и среднего значения 5 .

Среднее значение т;, и дисперсия Ъ случайной величины в рекуррентных вычислителях 5- и 4 определяются по формулам - .

.;ki,.,,

кде k - текущий номер выборки i -го

участка.

По истечении врем-ани измерения происходит блокировка прохождения, импульСРВ синхрРнизации от блока 26 на АЦП 1 и выборки на cxeiVTd; сравнения , 2,, не поступают. Дальнейшая обработка коДов числа .выборок М , зафиксйрованных в счётчиках ,-, , а также кодов Wj и 1) , определенных в рекуррентных вычислителях 5 - 5(-, и 4 - 4п / производится по командам, формируемым в блоке 26. Коды 4 сравнираются между , собой в блоке 8, где отбирается номер участка ..наибольшим чисЛС1М выборок. Значение используется для определения величины л по формуле

тах1

1-п

ДА(А„-А,)

которая реализуется с помощью арифметического устррйств а 27 и входящих в его состав первого умножителя 11 третьего блока вычитания 19, на вто рые входы которых поступают соответ ственно величины , . г п Чп г с блока 9, Смещение значений гч к центру зонц анализа на величину Х п изводится во втором блоке вычитания 18 арифметического устройства 27 в соответствий с выражениями арц )1 последовательно во времени с помощь ключевых схем 7, - 7 и блока 26. В .четвертом умножителе 21, арифметического устройства 27 значения mj умножаются на весовой коэффициент , где N. - число выборок в i -м участк М - общее число выборок. Коэффициент р формируется в бло ке 9 согласно данным, поступающим .от счетчика 3 - Зп . В Накопителе 24 формируется смещенное среднее значение измеряемой циклической величины в соответствии с выражением . . . т .,Гш,ы. . Несмещенное среднее значение .т образуется на выходе сумматора23 причем Л X ,. Значение лХ в арифметическом устройстве поступает на второй вход сумматора 23 с вы сода блока вычитания 19. Измеренное среднее значение m циклической случайной величины используется далее при вычислении дис персии 15 .. В блоке вычитания 17 арифметичес кого устройства 27 последовательно во времени вычисляется разность меж ду измеренным значением- №, поступающим от сумматора 23, и значениями m , поступающими от рекуррент ных вычислителей 5i - 5п .через ключевые схемы 7-, - 1 и блок-., за держки 12 . .Значение (m-rhj) проходит в арифметическом устройстве 27 квгщ ратор 16 и поступает на третий умно житель, 15, на второй вход которого от счетчиков 3i - Зц через блок 10 поступает величина М Результат умножения в виде (m-m|)2-Nj поступает далее на сумматор 14, на второ вход которого поступает произведение Т5 {Ni-lV с выхода умножителя 13. Величины Ь и ) поступают соответственно от рекуррент ных вычислителей 4т - 4„ последовательнр через ключевые 6, - б„ и от блока 9. Результат cyt®«ipbBaHHH накапливается в накопителе 20 по всем значениям I от 1 до п . Образуется вепличина 1 D (н,-; ((„.г. поступающая на пятый умножитель 22, , на второй вход которого от блока 9 , поступает число l/( На выходе умножителя 22 формируется измеренное значение ДисперсииЬ циклической случайной величины Д определяемое Выражением D----11ч г1) , г-1 .Измеренные кодовые значени.ят и t) поступают на регистрирующее устройcTBo 25, где происходит преобразование двоичных кодов в десятичные и индикация .значений .т и Т) в десятичйой системе счисления. .С помощью предлагаемого устройства па.раметры m и 13 любой циклической случайной величины могут быть измерены практически с любой степенью точности. Погрешность измерения уменьшается при:. . ... . ;-увеличении числа участков п з6- . вы анализа , -увеличении времени измерения; -ув-едиченИи числа разрядов {повышении точности представления чисел) элемёнтрв схемы устройства. . . Причем измерение времени числа участков зоны а.нализа, а также переход отодной случайной.величины к яругой может.осуществляться с помощью .блока 26 управления и синхронизации, путемизменения команд на элементы схемы устройства, блокировки части схем сравне.ния 2,- 2, и изменения исходные: констант в блоке 9 вычисления коэффициентов. . Введение в .устройство рекуррентных вычислителей среднегр значения 5;, - Sr, и Дисперсий 4:1 - г исключает не.обхрдимость запоминания значения каждой выборки до конца интервала измерения, что упрощает аппаратуру .устройства .и повышает ее надежно.сть. . формула . изобретения - Устройство для измерения среднего наче.ния и дисперсии циклической слу.айной величины типа фазы, содержаее аналого-цифровой преобразоваель ..(.ЦП) регистрирующее устройсто и соединеннбе с ним арифметичесое устройствоj состоящее: из пяти множителей, т.рех блоков вычитания. двух сумматоров и квадратора, блок управления и синхронизации, соединенный с АЦП, арифметическим и регистрирующим устройствами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения среднего значения и дисперсии, оно снабжено п схемами сравнения, п счетчиками, п рекуррентными вычислителями среднего значения, ,п рекуррент ными вычислителями дисперсии, 2п кл чевьпум схемами, блоком отбора номера участка с максимальным числом выборок, блоком вычисления коэффициентов, блоком ключевых схем, двумя накопителям и блоком задержки, причем П .. схем сравнения подключены парал лельно к выходу АЦП, первый выход каждой схемы сравнения соединен с входом соответствующего счетчика ,вто рой выход соединен с вкодамк рекуррентных вычислителей, один из которых является вычисдителейсреднего значения, другой - вычислителемдисПерсии, выход каадого из п счетчи ков соединен параллельно с вторыми входами соответствующих рекуррентных вычислителей среднего значения и дис персии,кроме того,выход каждого из п счетчиков подКлюЧ:ён сботвё ствёйно к п входам блока отбора номера участка с максимальным числом выбр рбк, ёлрка вычисления коэффициентов к блока, ключевых схем, выход блока отбора номера участка с максима ль числом выборок подключен к четвертоелу входу арифметического устройства, пять1Й. вход koTOporo соединен с первым выходом блока вычисления коэффициентов, второй, третий,, четвертый и пятый выходы блока вычисления коэффициентов соединены соответственно с шестым, восьмым, десятым и девятым входами арифметического устройства, выход каждого из п рекуррентных вычислителей среднего значения подключен к третьему входу соответствующего рекуррентного вычислителя дисперсии и через соответствующую ключевую схему - к третьему входу арифметического устройства и паралйельно к второму входу арифметического устройства через блок задержки, выход каждого из П рекуррент-ных вычирлителей дисперсии через соответствующую ключевую схему подключен к первому входу арифметического устройства, выход блока ключевых схем соединен с седьмым . арифметического устройства, одиннадцатый и двенадцатый вхоДы которого подключены соответственно через первый и второй накопители к первому и второму выходам арифметического устройства, третий и четвертый выходы арифметического устройства подключены к регистрирующему устройству, управляемые входы всех ключевых и блока ключевых, схем соединены с блоком управления и синхронизации . . . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Домарацкий А.П. и Др. Многоцелевой статистический анализ случайных сигналов.Новосибирск, Наука, 1975, с. 10,... . 2. Мирский Г.Я, Аппаратурное опрёделение характерйстик- случайных процёссов. М. , .Энергия, 1972,с. 54-59.