Устройство для определения стационарности случайного процесса Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

I

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для исследования случайных процессов.

Известно устройство для определения стационарности случайного процесса, которое требует достаточно большого объема априорной информации для настройки фильтров и имеет сложную структуру для соответствующих преобразований выходных сигналов фильтров ll .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения стационарности случайного процесса, содержащее формирователь коэффициента разложения, . выход которого подключен к первому входу порогового элемента, второй вход которого соединен с выходом вычислителя дисперсии, интегратор текущих значений 21

Известное устройство не обеспечивает высокую точность определения стационарности случайного процесса.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Цель достигается тем, что устройство для определения стационарности случайного процесса содержит блок умножения и блок формирования вькодного сигнала, при этом первый выход

10 интегратора текущих значений через блок умножения подключен к первому входу блока формирования выходного сигнала, второй вход которого объединен со входом интегратора теку15щих значений , с первым входом формирователя коэффициента разложения и является входом устройства, второй вход формирователя коэффифиента разложения соединен со вто20рым выходом интегратора текущих значений, выход порогового элемента подключен к третьему входу блока формирования выходного сигнала, выходы которого являются выходами устройства. Кроме того, формирователь коэфф циента разложения содержит три бл ка умножения, сумматор и интегратор, причем выход первого блока ум ножения через последовательно соединенные интегратор и второй блок умножения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого я ляется вторым входом формирователя выход сумматора соединен со входом третьего блока умножения, выход кот рого является выходом формирователя а вход первого блока умножения является первым входом формирователя Блок формирования выходного сигн ла также содержит блок умножения два коммутатора, при этом первые входы первого и второго коммутато ров объединены и являются третьим ВХОДОМ блока, второй вход первого коммутатора является первым входом блока,второй вход второго коммутат ра подключен к выходу блока умножения, вход которого является вторым входом блока, выходы коммутатора являются соответствующими выходами блока. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема формирователя коэ фициента разложения; на фиг, 3 схема блока формирования выходного сигнала. Устройство для определения стационарности случайного процесса (фиг. l) содержитинтегратор текущих значений 1, блок умножения 2, которые образуют формирователь нуле вого коэффициента разложения, блок 3 формирования выходного сигнала, формирователь коэффициента разложени 4, пороговый элемент 5 и-вычислитель дисперсии 6. Формировател первого коэффициента разложения в базисе нестационарных.юртонормированных полиномов Лежандра .(фиг, 2) содержит блоки умножения 7,9 и П, интегратор 8, сумматор 10, Блок 3 формирования выходного сигнала (фиг. З) содержит коммутаторы 12 и 13 и блок умножения 14. Использование двух формирователей нулевого и первого коэффициента разложения позволяет представить оценку среднего значения соответствующего мом та случайного процесса в следующей форме: Mn{x(t)x(u)}--UK oajv ,T)tiUE(bo,) ; где MK {У среднее значение к-гв момента случайного процесса X(t); при , t U оно равно среднему значению случайного процесса;0 ( ) (( 4) Непрерывные ортойормированные на рассматриваемом нестационарном интервале (длине реализации Т) полиномы нулевого и первого порядка. Применение нестационарных ортонормированных полиномов (например, полиномов Лежандра) в качестве базиса ортогонального разложения позволяет определять стационарность случайкого процесса на конечных отрезках. Введение в устройство блока 3 обеспечивает фиксирование не только оценки среднего значения случайного процесса, но и его реализации на ясг следуемом интервале, что требуется при дальнейшей обработке, определен НИИ корреляционных функций, спектральных штотностейи т.п. Точность оценки среднего значения, учитывая, )U 1, определяется значением k- , т. е. величиной коэффициента отбрасываемого члена в выражении (1). Если погрешность измерений (дисперсия) известна, то выполнение л условия где jf - эмпирический коэффициент, определяюЕ1ий требования по плотности (), обеспечивает постоянство среднего значении соответствующего момента случайного процесса. Оценка среднего значения определяется выходным сигналом нулевого фильтра (формирователя нулевого коэффициента разложения): ИкЫ1)ии}} ьокЧо(1,т); (3) Устройство работяет следующим образом. Исследуемый сигнал характеризующий соответствующий момент случайного процесса X(t), поступает одновременно на входы интегратора текущих значений 1, формирователя первого коэффициента разложения 4 и блока 3 (фиг. 1). В блоке 3 этот сигнал вьщеляется на первом выходе коммутатора 12,(фиг. ЗУ. Интеграторы И 8 осуществляют интегрирование в соответствии с выражениями Ь Ubbv., 5x(t)dt, U6b«, t X(t)dt, где t,- момент начала регистрации процесса; Т - длительность интервала стационарности. Рассмотрим первый момент исследу емого случайного процесса. Сигналы с выходов интеграторов и 8 поступают соответственно на входы блока умножения 2 и 9, которы как и блоки умножения 7 и 14, включаются в работу в момент t, где t t О Эта задержка включения блоков определяется эмпирически. Она о ределяет моменты получения первой текущей оценки коэффициентов разложения. Блоки умножения могут быть реализованы на базе функциональных усилителей или с помощью функциональных преобразователей. Выходной сигнал формирователя нулевого коэффициента разложения (фиг.1) , поступающий на вход блока умножения 14 выходного блока, определится выражениемtLoK t) Aut с выхода блока умножения 14 сигнал, характеризующий среднее значение сигнала на интервале стационарности Т, вьщеляется на первом выходе коммутатора 13 блока 3. Выходной сигнал интегратора 8 через блок 9 поступает на вход сумматора 10, а на его другой вход поступает сигнал со Bioporo выхода интегратора текущих значений 1. Выходной сигнал сумматора 10, пройдя блок умножения 11, выделится на выходе формиро ватеЛя первого коэффициентаразложе 426 ния 4, Он соответствует первому коэ$фициенту разложения, т.е. Г, .t OX(t)dt t6) i т Этот сигнал поступает на первый вход порогового элемента 5, на второй ; вход которого поступает сигнал с вычислителя дисперсии 6. Путем сравнения этих сигналов осуществляется формирование .интервалов стационарности и оценок среднего значения исследу емого сигнала. Если условие (2) не вьтолняется, т.е. сигнал с выхода формирователя превышает уровень погрешности, то с порогового элемента 5 поступает сигнал на управляющий вход блока 3. В соответствии с этим сигналом коммутаторы 12 и 13 (фиг.З) подключают свои входы ко вторым выходам. Таким образом, упрощение структуры известного устройства, введение новых элементов: блока умно жения и выходного блока, использование нового ортонормированного нестационарного базиса разложения позволяет расширить область применения известного устройства, повысить точность определения стационарности случайного процесса, расширить его функциональные возможности. Формула изобретения 1. Устройство для определения стационарности случайного процесса, содержащее формирователь коэффици ента разложения, выход которого подключен к первому входу порогового элемента, второй вход которого соединен с выходом вычислителя дисперсии, интегратор текущих значений, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, оно содержит блок умножения и блок формирования выходного сигнала, при этом первый выход интегратора текущих значений через блок умножения подключен к первому входу блока формирования выходного сигнала, второй вход которого объединен со входом интегратора текущих значений, с первым входом формирователя коэффициента разложения и является 79 входом устройства,второй вход формир вателя коэффициента разложения соеди нен со вторым выходом интегратора те кущих значений, выход порогового элемента подключен к третьему входу t блока формирования выходного сигнала, выходы которого являются выходами устройства. 2. Устройство по п. 1,0 .т. л ичающееся тем, что формирователь коэффициента разложения содержит три блока умножения сумматор и интегратор причем выход первого блока умножения через последовательно соединенные интегратор и второй блок умножения подключен к первому входу сумматора, второй вход которого является вторьм входом формирователя, выход сумматора соединен со входом третьего блока умножения, выход которого является выходом формирователя, а вход первого блока умножения является первым входом формирователя. 3. Устройство по п. , о т л ичающееся тем, что блок формирования выходного сигнала содержит блок умножения и два коммутатора, при этом первые входы первого и второго коммутаторов объединены и являются третьим входом блока-, второ вход первого коммутатора является первым входом блока, второй вход второго коммутатора подключен к выходу блока умножения, вход которого является вторым входом блока, выходы коммутаторов являются соответствующими выходами блока. Источники информахщи, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 437091, кл. G 06 F 15/36, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР № 470787, кл. G 06 F 15/36, 1972 (прототип).

П

15