Устройство для определения статистических параметров случайных сигналов Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

(k) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ

I

Изобретение относится к вычислительным устройствам, предназначенным для определения статистических параметров случайных сигналов, преимущественно низкочастотных, в реальном масштабе времени, и.может быть использовано в различных областях науки и техники.

По основному авт.св. №517895 известно устройство для определения статистических параметров случайных сигналов, содержащее блок эталонных делителей, селектор, блок задания исходной информации, коммутатор, интегратор, блок сравнения, блок нормирования напряжений, блок запускаостанова и блок управления, блок интеграторов, входы которого соединены с селектором, а выходы через ком лутатор подключены к первому выходу блока нормирования, второй вход которого соединен с выходом интегратора и с первым входом блока сравнения, выход которого подключен

ко входу блока управления, а второй вход - к первому выходу блока эталонных делителей, второй выход которого соединен с входом интегратора, а третий выход - с первым вхьдом селектора, второй вход которогЬ подключен к блоку задания исходной информации, а третий вход соединен с выходом блока запуска-останова, соединенного с выходом блока управления и входом коммутатора fj.

Процесс обработки информации в предлагаемом устройстве автоматизирован не полностью, так как, обычно ставится еще задача последующего сглаживания или выравнивания полученного статистического ряда, поскольку опытно полученная гистограмма характеризуется, как правило, значительным перепадом координат, особенно в случае небольшой длительности записи.

Цель изобретения - сокращение продолжительности обработки сигналов посредством сглаживания гистограммы в процессе записи. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения статистических параметров случайных сигналов содержит сглаживающие резисторы, причем входы i-ro и i+1-го (,..,,п-1) интеграторов блока соединены через соответствующие сглаживающие резисторы, а входы первбго и последнего интеграторов блока через сглаживающие резисторы подключены к шине нулевого потенциа.ла устройства. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - график зарядных токов интеграторов; на .фиг. 3 гистограммы распределения случайного процесса а) в схеме про тотипа б) в схеме предлагаемого устройства. Устройство содержит блок 1 раторов 1 , . .. 11, селектор 2, сглаж вающие резисторы 3i , коммутатор 5 блок 6 нормирования напряжений, интегратор 7, .блок 8 сравнения, блок управления, блок 10 эталонных делителей, блок 11 задания исходной информации, блок 12 запуска-останова. В устройстве входы блока 1 интег раторов подключены к селекто|&у 2, а между собой соединены резисторами 3 кроме того входы первого и последнего, интеграторов связаны через резисторы с общей шиной устройства. Выходы блока 1 через коммутатор 5 подключены к первому входу блока 6 нормирования, второй вход которого соединен с выходом интегратора 7 и с первым входом блока 8 сравнения, выход которого подключен к входу бло ка 9 управления, а второй вход - к первому выходу блока 10 эталонных делителей. Второй выход блока 10 эталонных делителей соединен с входо интегратора 7, а третий выход - с первым входом селектора 2, второй , вход которого подключен к блоку 11 задания исходной информации, а трети вход соединен с выходом блока 12 запуска-останова, соединенного с выходом блока 9 управления и входом коммутатора 5. Устройство работает следующим образом. Перед началом работы на блоке 10 эталонных делителей устанавливаются: величины напряжений, задающие границы интервалов (, XK.,,) поддиаПазоНОВ, где k 0,1 ,2,... ,N; величина напряжения, подаваемого селектором 2 на блок 1 интеграторов; величина напряжения, подаваемого на блок 8 сравнения для задания общего времени обработки случайного процесса. Включение устройства осуществляется при . помощи блока 12 запуска-останова. Напряжение, представляющее собой реализацию исследуемого случайного процесса X (t), поступает на вход селектора 2, который, в зависимости от величины мгновенного значения процесса X (t), соединяет один из входов блока 1 интеграторов с блоком 10 эталонных делителей напряжения.. . Вследствие этого к выбранному k-му интегратору прикладывается постоянное напряжение Ug и выходное напряжение нтегратора за время t, пребывания .случайной величины в пределах поддиапазона ( ки) увеличивается на ведймину дй t Отличие от схемы прототипа где все остальные ветви с интеграторами остаются отключенными от селектора 2, в устройстве, благодаря наличию резисторов 3 связи, накопление производит не только k-ый, но и другие интегратору, причем зарядный ток iy выбранного, k-ro интег- ратора, максимален, а токи остальных интеграторов имеют меньшие значения по сравнению с k-ым. Смысл . этого состоит е том, что появлению некоторого значения х,,случайной величины придается не абсолютный смысл, а считается, что вместо величины Х , могли бы появиться и другие близкие значения, но только с меньшей вероятностью. Такое понимание статистических измерений лежит в.основе известного математического метода функциональных вкладов, который разработан для повышения скорости сходимости статистической оценки (х) плотности распределения случайной вели.|ины (гистограммы) к ее истинному значению f(x). Суть метода состоит в том, что статистическую оценку :(х) представляют в виде нормированной суммы весовых функций (у) :Ц / х-Ук СТ NooL ( ОС , где HO - число измерений; с6 - константа: gf } - весовая функция. В предлагаемом устройстве выражению весовой функции соответствует график распределения зарядных токов в интеграторах (фиг,2), соответствующих тому интегратору k, который в данный момент подключен с помощью селектора 2 к блоку 10. Форма этой зависимости определяется отношением сопротивления ROB резисторов связи 3 к входному сопротивлению Rg интеграторов: чем больше величина RcB/Rgx меньше ответвляется ток в соседние интеграторы и токи iц4 ij(.уменьшаются по сравнению с i. Настройка RCBT соответствует доверчивой интерпретации результатов отдельных измерений характерной,, в частности, для прототипа. И наоборот, когда величины и Rg соизмеримы, это обозначает, что к измерению подходят с известным недоверием; такой въгбор сопротивления Rg рекомендуется при малой длительности измерении или при регистрации процессов с бопьшо дисперсией.: Резисторы k, связывающие первый и последний интеграторы с шиной нуле вого потенциала устройства, служат для того, чтобы вид функций распределения зарядных токов по интеграторам не зависел от номера пйддиапаэона, выбранного селектором 2. Сопрбг тивление RQ этих резисторов вьйираются равным входному сопротивлению бесконечной последовательности интег рирующих ячеек, включая резисторы 3. В этом случае конечный ряд измерительных цепей можно считать частыЬ их бесконечного ряда, и указанное нежелательное явление не имеет места При изменении случайной величины X(t) селектор 2 отключает данный интегратор и одновременно замыкает новую ветвь соседнего интегратора, соответствующую новому поддиапазону, в какой попала случайная величина X(t). Таким образом,интеграторы накапливают уровень напряжения, который с учетом выбранной меры недоверчивости к результатам отдельных изме рений определяет время t пребывания процесса X(t) в каждом из поддиапазонов (Х, ) Значение времени t, отнесенное к общей длительности измерений, представляет собой статис тическую оценку плотности распределения в указанном поддиапазоне. 5Сх)---Ьк| Si Для считывания этих результатов с выхода блока интеграторов 1 и блока 8 сравнения подается сигнал управления на коммутатор 5 который опрашивает последовательно все интеграторы блока 1 и через блок 6 нормирования выдает нормированные значения напряжений на регистрацию, которая представляет собой закон распределения случайной величины X(t). Эффект от применения предлагаемого устройства состоит в том, что результат измерений уже не нуждается в сглаживании (выравнивании), которое требует дополнительной затраты времени исследователя. Сказанное иллюстрируется гистограммами на фиг. 3. На первой из них (а) показан результат измерений f(х) в схеме прототипа, а на второй (б) представлена гистограмма распределения f2(x) того же процесса X(t), полученная с помощью предлагаемого устройства. Сглаживания в достаточно плотном ряде точек гиcтoгpa uиы весьма удобны для их последующего использования в ЭВМ, для генерирования случайных последог зтельностей с заданным распределением. В целом использование устройства дает сокращение продолжительности исследований за счет дальнейшей их автоматизации. Формула изобретения Устройство для определения статистических параметров случайных сигналов по авт.св. №517895 о т л и - , чающееся тем, что, с целью сокращения продолжительности обработки сигналов, оно содержит сглаживающие резисторы, причем входы i-го и i+1-го (i 1,..,,п-1) интеграторов блока соединены через соответствующие сглаживающие резисторы, а входы первого и последнего интеграторов блока через сглаживающие резисторы подключены к шине нулевого потенциала устройства. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 517895, кл. G 06 F 15/36, 1976 (прототип) .

/

m.f

к-г к-1 к /TV

f,M tJ22

ft(}