Устройство для определения характеристик случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

-:-. : -

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике и вычис-I лительной технике и может быть использовано в аппаратуре для определения характеристик случайных процессов, устройствах выделения полезного сигнала на фоне помех, приборах для обработки медико-биологичег ской информации, системах первичной обработки данных и т.д.

Известно устройство для оперативного определения характеристик случайных процессов - текущих оценок математического ожидания (среднего) и дисперсии, содержащее центрирующий фильтр и измеритель дисперсии 1. .

Указанное устройство не имеет защиты от помех, налагающихся на входной исследуемый процесс, что приводит к существенным погрешностям измерения искомых оценок. Причем особенно сильно помехи искажают оценку дисперсии или среднеквадратического отклонения.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения характеристик случайных процессов, содержащее центрирующий фильтр, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первыми входами измерителя среднеквадратического отклонения и управляемого двухпорогово- . го элемента 2.

Однако это устройство способно поддвлять импульсные помехи лишь в том случае, если помехи имеют ну левое среднее, а длительность действия каждой импульсной помехи и средняя интенсивность (частота) помех «не превышает заранее заданных пределов. Таким образом, класс входн. процессов, загрязненных помехами, сильно ограничен.

Цель изобретения - повышение поме20хозащищенности устройства для определения характеристик .случайных процессов за счет значительного уменьшения или полного устранения влияния импульсных помех типа выбросов с произвольными интенсивностью и законами распределения амплитуд и длительностей. Это дает возможность получать несмещенные оценки среднего значения и среднеквадратического отклонения основного (незагрязненного) процесса на фоне практически любых импульсных помех. Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения характеристик процессов, содержащее центрирующий фильтр, вход которого .является входом устройства, а выход соединен с первыми входами и.змерителя среднеквадратического отклонения и управляемого двухпорогового элемента, введены переключатель и источник постоянного нап ряжения, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого подключен к выходу из мерителя среднеквадратического отклонения, второй вход которого объединен с вторым входом центрирующего фильтра и подключен к выходу дву порогового управляемого элемента , второй вход которого соединен с выходом переключателя. На фиг, 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Устройство для определения характеристик случайных процессов (фиг. 1) содержит центрирующийфильтр (ЦФ)1, измеритель среднеквадратического отклонения (СКО) 2, управляемый двухпороговый элемент (УДЭ)З, переключатель и источник 5 постоянного напряжения (ИПН), Выход 6 ЦФ t центрированного зна чения X входного процесса х соединен с первым (информационным) вхо дом 7 измерителя СКО 2 и первым (инф мационным) входом 8 УДЭ 3, выход которого соединен с вторыми (управляющими) входами 9 ЦФ и ТО измери теля СКО 2.Второй (управляющий) вход 11 УДЭ 3 соединен с выходом 12 переключателя t, первый вход 13 ко торого подключен к ИПН 5 а второй вход Н - к выходу измерителя СКО ЦФ 1 и измеритель СКО 2 построены на основе усреднителей с памятью. Усреднитель с памятью имеет 4 дополнительный двоичный управляющий вход, в зависимости от состояния которого усреднитель может работать либо в режиме усреднен1Гя, либо в режиме памяти. Единичное значение сигнала на управляющем входе соответствует режиму усреднения, а нулевое - режиму памяти. Вход 9 ЦФ 1 и вход 10 измерителя СКО 2 (фиг.1) являются управляющими входами соответствующих усреднителей, входящих в состав ЦФ и измерителя СКО. При переходе из режима усреднения в режим памяти на выходе усреднителя запоминается то значение выходного параметра (среднего),которое имело место в момент прихода сигнала Запоминание. После поступления сигнала Усреднение начинается обычная работа усреднителя при начальном условии, соответствукшем величине, запомненной на усреднителе. УДЭ 3 имеет информационный вход 8, управляющий вход 11 и двоичный выход, который принимает единичное значение в тон случае, если .KU.., и нулевое, если , где Ujнапряжение на информационном входе 8 УДЭ 3; управляющее напряжение на входе 11; К - константа. Устройство для определения характеристик случайных процессов работает следующим образом. Переключатель Ц, служащий для разделения времени Тгр грубого (начального) определения оценок среднего значения п и СК05ц входного процесса х и времени Тд основного анализа, в начале работы устройства замыкает контакты 12 и 13 и остается в этом состоянии в течение времени Тгр . При этом на управляющий вход 11 УДЭ 3 поступает максимальное значение от ИПН 5 а на информационный вход 8 - центрированный случайный процесс с выхода 6 ЦФ 1.Если значение модуля центрированноговходного процесса х . удовлетворяетус/x/4; «iто на выходе УДЭ 3 удерживается логическая единица и ЦФ 1 и измеритель СКО 2работают в режиме анализа. При появлении выброса во входном процессе условие (1) нарушается, на выходе УДЭ 3 появляется нулевой сигнал и усреднители , входящие в состав

ЦФ и измерителя СКО 2, переводятся в режим памяти на время действия помехи. По окончании действия помехи усреднители переходят в режим усреднения.

Когда время грубого определения оценок т иЗ лавершаетсп, переключатель замыкает контакта 12 и }Ц, на управляющий вход 11 УДЭ 3 начинает поступать текущая оценка СКО х . ив течение времени Т( основного анализа устройство работает согласно решающему правилу.

(2)

т.е. устройство адаптируется к конкретной реализаций процесса х . Можир показать, что для оптимальной работы устройства следует выбирать к ЗДинамика работы устройства иллюстрируется на фиг. 2, где на графике а показан входной процесс с импульсными помехами (л , Л, Л,), на графиках б и в - соотеетственно текущие оценки т (t) и й (t). Во время действия помех (интервалы t , А ta,

At) устройство находится в режиме

(Запоминания.

Технико-экономический эффект достигается за счет существенного повышения помехозащищенности, т.е. за счет получения несмещенных оценок среднего значения и СКО случайного процесса на фоне, импульсных помех.

Формула изобретения Устройство для определения характеристик случайных процессов,

вию т

содержащее центрирующий фильтр, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первыми входами измерителя среднеквадратического отклонения и управляемого двухпорогового элемента, отличающееся тем, что , с целью повыщения помехозащищенности, в него введены переключатель и источник постоянного напряжения, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого подключен к выходу измерителя среднеквадратического отклонения, второй вход которого объединен с вторым входом центрирующего фильтра и подключен к выходу двухпорогового управляемого элемента, второй вход которого соединен с выходом переключателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Бердяков П И. и др. Статистическое моделирование динамических систем средствами АВТ. М., Машиностроение, 1976, с. 85.

2.Жовинский В. Н. Измерение среднеквадратического отклонения случайного сигнала в присутствии импульсной техники. Труды IX Всесоюзного симпозиума по методам представления и аппаратурному анализу случайных процессов и полей, секция П. Л., 1976, ВНИИЭП.

-I