Устройство для измерения корреляционногоОТНОшЕНия дВуХ СлучАйНыХ пРОцЕССОВ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/19 

t

Изобретение относится к специалиг зированным средствам вычислительной техники, может быть использовано для аппаратурного определения характеристик случайных прбцессов и змадачи рекомендаций при кзмерейяй или контроле этих процессов и является усовершенствованием известного устройства для измерения корреляционного отношения двух случайных процессов (по авторскому свидетельству №696488),

По основному авт.св. №696488 известно устройство, содержащее входной зажим напряжения реализации первого случайного процесса fу(П центрирующий фильтр, амплитудно- импульсные модуляторы (йИМ), входной зажим напряжения реализации второго случайного процесса t) блок сравнения, источник постоянных напряжений, злемент задержки и форлирования импульсов, усреднители импульсных последовательностей, электронный коммутатор, преобразбватель напряжение-временной интервал, временной селектор, накапливающий счетчик импульсов, квадратор, усреднитель квадратированного напряжения, преобразователь напряжение-период.

генератор импульсов, временной се-, лектор, делитель частоты, замыкаюгдий контакт с самовозвратом, блок определения математического ожидания, блок определения среднего квадратического отклонения, вычислительный блок, блок деления, блок сравнения и блок индикации. Устройство позволя ет определить возможность неизмереtoния или неконтролирования одного из двух стохастически взаимозависикых случайных процессов при непрерывном измерении или контроле другого случайного процесса.

Недостатком этого устройства явISляется то, что. оно не может определять возможность неизмерения или неконтролирования одного из двух стохастически взаимосвязанных случайны)

20 процессов при дискретном измерении или контроле другого случайного процесса.

Цель изобретения - расширение его функциональных возможностей за

25 счет вычисления дисперсии погрешности восстановления, что позволяет формулировать рекомендации о неизмерении или неконтролированни случайного процесса x(t) при имеющихся

30 сведениях о поведении не только непреравно контролируемого или измеряемого случайного процесса у(t), но и при дискретном его измерении или контроле. Целесообразность решения тЗсщачи может быть вызвана во-первых, медленным характером изменения случайных процессов вовторых/ тем фактом, что количество каналов измерения может быть меньше чем число датчиков измеряек лх (контролируемых) случайных величин. В известном устройстве взаимная энтропийная погрешность д ху определе ния значений случайного процесса i( через известные непрерывные значения случайного процесса y(t) оцениваетс по формуле ()42b5r (i) относительная энтропийгде -ХУ ная погрешность измерения реализации случай ного процесса у(t); соответственно .математи ческое ожидание (МО) и среднее квадратическое отклонение (СКО) случай ного процесса х(t); корреляционное отнсшени случайных процессов (t) и (t). СКО погрешности восстановления случайного процесса x(t) за счеТ сл чайного процесса y(t) определится следующим выражением . ч-е k - энтропийный коэффициент по грешности, который меняетс от 1,73 (при равномерном распределении) до 2,07 (пр нормальном распределении). Суммарная дисперсия погрешности восстановления с учетом погреш ности дискретизации определяется следующим выражением (в данном случае принимается вполне обоснованное допущение о независимости составляю щих погроиности Ь) ,., где djt - параметр в показателе степени автокорреляционной функции случайного процесса x(t); t г интервал дискретизации слу чайного процесса у(t). Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения корреляционного отнсндения двух слу.чайных процессов введены коррелятор, квадратор, переключатель, сум матор и многовходовый блок умножени выход которого соединен с первым вх дом сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом квадратора, второй выход которого соединен с первым входом многовходового блока умножения, второй вход которого является пятым входом устройства, а третий соединен с выходом коррелятора, вход которого подключен ко второму входу устройства, первый выход блока деления соединен с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с выходом сумматора, выход переключателя соединен со входом блока сравнения, второй вход квадратора подключен ко второму выходу блока деления. Блок возведения в квадрат осуществляет возведение в квадрат величин Ъ и 235 t Группа блоков произведения необходима для определения первого слагаемого формулы (3). Коррелятор служит для оценки парё1метра dj автокорреляционной функции случайного процесса х ( t) . Сумматор осуществляет оценку величины . , Переключагтель необходим для.подключения к блоку сравнения и выходу устройства либо сумматора, либо блока деления в зависимости от того, как измеряется случайный процесс y(t): дискретно илинепрерывно. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения корреляционного отношения двух случайных процессов.. Входной зажим 1 напряжения реализации первого случайного Процесса через центрирующий фильтр 2 соединен с сигнальными входами модулятора (ДИМ) 3. Входной зажим напряжения реализации второго .случайного процесса 4 через узел сравнения 5 подключен к выходам источника постоянных напряжений 6. Выходы узла сравнения 5 через элемент задержки и формирования импульсов 7 соединены с управляющими входами модуляторов 3 через усреднители импульсных последовательностей 8 подключены ко входам коммутируекых величин электронного коммутатора 9 выход которого соединен с основным входом преобразователя надряжениевременной интервал 10, подключенного через первый вход временного селектора 11 ко входу накапливающего счетчику импульсов 12. Входы модуляторов 3 через квадратор 13, усреднитель квадратированного напряжения 14, и преобразователь напряжениепериод 15 соединены со вторым входам временного селектора 11. Зыход генератора импульсов 16 подключен к первому входу временного селектора 17, выход которого соединен параллельно со входом делителя частоты 18 и управляющими входами коммутатора 8 и квадратичного преобразователя 10. Выход делителя,частоты 18 подключен к единичному входу триггера 19, к Нулевому входу триггера 19 замыкающий контакт с самовозвратом 20 подключен выход генератора 16.Единичный выход триггера подключен ко второму входу времейнога селектора 17. Входной зажим 4 напряжения реализации второго случайного процесса подключен также ко входам блока 21 определения математического ожидания и блока 22 определения среднего квадратического отклонения, выходы которых соединены соответственно со вторым и первым входами вычислительного блока 23. Третий вход блока 23 является третьи входом устройства, четвертый вход подключен к выходу накапливающего счетчика импульсов 12, а выход к первому входу блока 24 деления, второй вход которого является четвертым входом устройства. Первый выход блока 24 соединен с первым входом переключателя 25, а второй выход - со входом блока 26 возведения в квадрат второй вход блока 26 подключен такжё к выходу блока 22 определения среднего квадратического отклонения,, первый ВЫХФ1 - ко входу первого блока группы 27 блоков произведения, а второй - к первому входу сумматора 28. Один из входов второго блока произве дения группы 27 является пятым входом устройства, другой вход соединен с выходом первого блока группы 27, а выход - с первым входом третьего блока группы 27, второй вход которого подключен к выходу коррелятора 29 а выход - ко второму входу сумматора 28. Вход коррелятора 29 соединен со входным зажимом 4, а выход сумматора 28 - со вторым входом переключателя 25. Выход переключателя подключен к выходу устройства, а также через блок 30 сравнения к блоку 31 индикации.

Устройство для измерения корреляционного отношения двух случайных процессов работает следующим образом

Напряжение реализации (t) первого случайного процесса подводится к зажиму 1 и после центрирования фильтром 2 поступает параллельно на сигнальные входы амплитудно-импульсных модуляторов 3 всех каналов. Напряжение реализации x(t) второго случайного процесса подается на входной зажим 4 узла сравнения 5. Ко входам этого узла подводятся постоянных напряжений х ,х от источника 6. Когда выполняется условие x(t) , наЛ -м выходе узла сравнения 5 появляется импульс, который задерживается на время t элементом 7. Из задержанного импульса формируется стандартный стробирукиций сигнал прямоугольный импульс с определенными длительностью и амплитудой, который Ьодводится к управляющему входу.-го модулятора 3, на сигнальном входе koToporo имеется напряжение 9(t). В момент t подачи стробирующего сигнёша на управляющий вход модулятора на его выходе образуется

импульс с амплитудой, пропорциональной значению напряжения y(ti). ак как случаи x(t)x многократно повторяются, то на усреднитель 8 1-го канала поступает последовательность прямоугольных импульсов, которая усредняется. По истечении некоторого интервала времени напряжение If.j на выходе i-ro усреднителя пропорционально оценке НО Су/х , т.е. напряжние центрированной реализации y(t) параллельно с подачей на модуляторы 3 поступает в квадратор 13 и после их квадратирования усредняется усреднителем 14. Выходное напряжение Uti, усреднителя 14 по истечении определеного интервала пропорционально оценк дисперсии случайного процесса,у{t), т.е. , . Это напряжение преобразуется преобразователем 15 в импульсы с периодом следования, пропорциональным напряжению Ц : Т. , kj k D. Они поступают на второй вход временного селектора 11, но в счетчик 12 не проходят, пока отсутствует сигнал на первом входе.

. Через з.аданный интервал времени после начала работы устройства замыкается контакт с самовозвратом 20. Первый импульс генератора 16, поступающий на нулевой вход триггера 19, перебрасывает триггер из положения О в положение 1, в результате чего проявляется разрешающее напряжение на втором входе временного селектора 17. Это создает возможность прохождения через селектор импульсов опроса, подводимых от генератора 16 к первому входу 17, в делитель частоты 18, на управляющий вход электронного коммутатора 9 и управляющий вход преобразователя 10. Первый импульс, поступая на управляющий вход коммутатора 9, подключает к основному входу преобразователя 10 выход усреднителя 8 первого канала. Преобразователь 10 преобразует выходное напряжение Ujj. усреднителя 8 в прямоугольный импульс, длительность At ц которого пропорциональна кващрату входящего напряжения т.е.

л А Полученный прямоугольный импульс подводится к первому входу временного селектора 11 и заполняется импульсами, поступающими на второй вход селектора 11 с преобразователя 15. Счетчик импульсов 12 фиксирует число

.,м(°/У.)3

где кг

«5-Wj

Второй импульс, поступающий на управляющий вход коммутатора 9 с селектора 17, обеспечивает подключение выхода усреднителя 8 второго канала к основному входу преобразователя 10, и на первый вход временн го селектора 11 подается прямоуголь нцй импульс длительностью & tj , пропорциональный квадрату выходного йапряжения второго усреднителя 8. Счетчик 12 пополняется числом .у-.-СмПУ°/Ха)3. В После завершения одного цикла, пред полагающего подачу импульсов на управляющий вход коммутатора 9, в счетчик 12 будет зафиксировано число л--1:с..(/х) Ji- ц) Для повышения точности измерения предусматривается q циклов измерени по истечении которых сосчитанное счетчиком 12 число составит , Тогда оценка корреляционного отноше ,.-) D определяется из выражения ht , Общее количество импульсов , по даваемых на управляющий вход коммутатора 9, равно коэффициенту пересчета С делцтеля частоты 18 (после подачи С импульсов на вход делителя на его выходе появляется импульс, возвраадагащий триггер 9 в положение О, в результате чего запирается с лектор 11). Если выбрать этот коэффициент так, чтобы С 10Р/К (Р - целое число, изменяемое переключателе который на схеме не показан), то Uv Таким образом, число В, сосчитан ное - счетчиком , дает непбсредственну оценку измеренного корреляционного отнсяаения (величина определяет поло жение запятой). На этом измерение при данной задержке заканчивается. Измеренное значение корреляционного отношения подается на четвертый вход вычислительного блока 23, на ПЕРВЫЙ И второй Ёкодез которого пост пают Бычислейные значения СКО и МО случайнозго процесса x(t), определен ные соответственно блоком 22 опреде ления среднего квадратического отклонения и блоком 21 определения математическЪго ожидания на основе информации о случайном процессе x(t йоступакадей со входного зажима 4 на пряжения реализции этого процесса. На третий вход вычислительного блока 23 подается величина относительной энтропийной погрешности измерения реа;лизации случайного процесса (t). В блоке 23 осуществляет вычисление взаимной энтропийной погрешности &ху, значение которой поступает на первый вход блока 24 деления. На второй вход блока 24 засылается величина коэффициента энтропийной погрешности измерения k Блок 24 деления определяет СКО погрешности восстановления реализации , случайного процесса и (t )fc . Если реализация случайного процесса y(t) измеряется (контролируется) непрерывно, то переключатель 25 устанавливается в положение а и величина Ъ одновременно наступает на выход устройства для визуального контроля и на вход блока 30 сравнения. Блок 30 осуществляет сравнение вычисленной погрешности восстановления с допустимой ,oi. и, если .j, то блок 30 подает команду на блок 31 индикации для выдачи сигнала Да (реализацию случайного процесса y(t) следует измерять или контролировать), ;в случае, когда Ъ4:Ь д блок 30 сравнения подает команду на блок 31 индикации для выдачи сигнала Нет (реализацию случайного процесса x(t) измер Гть или контролировать нецелесообразно).в данном случае при наличии измеренных значений реализа-ции случайного процесса (t) можно восстановить значения реализации случайного процесса 5(t), например при помощи уравнения регрессии с погрешностью, не превышакяцей допустимую. При таком измерении y(t) блоки 26-29 в работе устройства участия не П вднимают. При дискретном измерении (контроле) случайного процесса y(t) переключатель 25 устанавливается в положение б. Величина СКОЬ поступает не только в вычислительный блок 23, но и на вход блока 26 возведения в квадрат, с первого выхода которого величина О$ засылается на вход первого блока произведения группы 27 блоков произведения, Здесь формируется величина О,33fee, передаваемая на второй вход блока 27, На другой вход этого блока засылается со входа устройства значение интервала дискретизации измерения случайного процесса у ( t). С выхода этого блока на первый вход третьего блока группы 27 подается величина 0,33bjtY, На другой вход третьего блока поступает с выхода коррелятора 29 значение параметров dy. автокорелляционной функции. Значения случайного процесса х(t) подаются на вход коррелятора 29 со. входного зажима 4. На выходе третьего блока произведеНия, а следовательно, и на выходе блока 27 формируется величина 0,33Ь5 cixtk) соответствующая дисперсии погрешности интерполяции при дискретизации. Эта величина поступает на второй вход сумматора 29, на первый вход которого подается с блока 24 деления через блок 26 возведения в квадрат значение Ь% . В сумматоре 28 осуществляется определение суммарной дисперсии погрешности восстановления f., которая через