Устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 

(5) УСТРОЙСТВО для ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОГО ОТКЛОНЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

1

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники, предназначенным для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известен цифровой способ определения эффективного значения случайных сигналов с известным законом распределения, ПОЗВОЛЯ101ЦИЙ оценить эффективное (среднеквадратическое) зна-(о чение сигнала путем усреднения и дешифрации размахов мгновенных отсчетов случайного сигнала. Этот способ громоздок в части определения самих размахов и не может быть применен в 15 области высоких частот, так как для считывания мгновенных значений случайного сигнала нужен быстродействующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП )1 ., 20

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения вероятностных, характеристик случайных процессов.

содержащее последовательно соединенные первый центрирующий фильтр, модульную схему, АЦП первую схему совпадений и реверсивный счетчик, вычитающий вход которого соединен с выходом второй схемы совпадения, первый вход которой подключен к выходу АЦП, а вторые входы схем совпадения подключены к выходам дискриминатора знака, вход которого соединен с выходом первого центрирующего фильтра, последовательно соединенные второй центрирующий фильтр, схему сравнения узел регулируемой задержки, временной селектор, пересчетную схему, и триггер выход которого подключен к третьим входам схем совпадений, кнопку запуска и переключатели С2.

Это устройство также не может обеспечить измерения на высоких частотах.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений. 95 Указанная цель достигается тем, что устройство для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов (по первому варианту), содержащее генератор импульсов, реверсивный счетчик и,источник опорного напряжения, последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения,причем вход центрирующего фильтpa является входом устройства, допол-ительно содержит дешифратор и блок умножения, причем входдешифратора со динен с выходом реверсивного счетчика а выход дешифратора подключен к первому входу блока умножения, второй вход ко торого соединен с выходом источника опорного напряжения и входом опорного напряжения схемы сравнения, первый выход генератора импульсов .подключен к синхронизирующему входу схемы сравнения и суммирующему входу реверсивно го счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а управляющий вход реверсивного счетчика подключен к второму выходу генератора импульсов. По второму варианту, ycTpovlcTBO для определения среднеквадратического отклонения случайных процессов, содержащее генератор импульсов, счетчик импульсов, источник опорного напряг жения и последовательно соединенные центрирующий фильtp, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильтра яв ляется входом устройства, дополнитель но содержит индикатор, причем выход .счетчика импульсов соединен с первым входом индикатора и входом источника опорного напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения схемы сравнения и информационному вхо ду индикатора, первый выход генератора импульсов соединен с синхронизирующим входом схемы сравнения, выход которой подключен к информационному входу счетчика импульсов, а управляаций вход счетчика импульсов соед 1нен с вторым выходом генератора импульсов. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, по первому варианту; на фиг. 2 - то же, по второму варианту. Устройство (фиг.1) содержит центрирующий фильтр 1, схему 2 сравнения, источник 3 опорного напряжени генератор k импульсов, реверсивный 4 счетчик 5 дешифратор 6, блок 7 Умножения, двухполупериодный выпрямитель 8. Устройство (фиг.2) содержит центрирующий фильтр 1, схему 2 сравнения , источник 3 опорного напряжения, генератор Ч импульсов, счетчик импульсов 5, индикатор 6, двухполупериодный выпрямитель 7Устройство (,фиг.1 работает следующим образом. После центрирования фильтром 1 и двухполупериодного выпрямления блоком 8 выпрямленная переменная составляющ ая нормального или равномерно распределенного сигнала поступает на схему 2 сравнения, где сравнивает,qя с некоторым порогом анализа о1, поступающим от источника 3 опорного напряжения. Квантующие импульсы с одного из выходов генератора А поступают на суммирущий вход реверсивного счетчика 5. С другого выхода генератора с заданным периодом Т поступают импульсы на установочный вход счетчика 5- На вычитающий вход этого счетчика импульсы с блока 2 поступают в том случае, если напряжение измеряемого сигнала превышает порог анализа. Период Т задается заранее и определяет продолжительность измерений. Чем выше частота квантующих импульсов f, тем точнее будут производиться измерения. Объем счетчика выбирается из условия , а по суммирующему входу за время Т в счетчик записывается число, равное Н. За это время из счетчика будет списано число импульсов о, соответствующее времени превышения, случайным сигналом порога анализа . Таким образом, за время анализа Т в счетчик всегда записывается число равное N-n. При постоянном пороге анализа d с ростом мощности, ,а следовательно и среднеквадратического значения си|- нала время превышения f растет, а при уменьшении - уменьшается. В соответствии с изменением изменяется и число п, списанное с реверсивного. счетчика за время Т. Порог анализа выбирается таким образом, чтобы и О п N. Так же как t характеризует время превышения сигналом порога анализа г интервал времени Т, так и п характеризует Т , N-n характеризует Т- Т 59 3 общем случае среднеквадратичес кое значение сигнала зависит (линей но или нел1)нейно) от величины порог анализа и относительно времени T/lT ) в простейшем линейном случае 6 N , : K-dL-:--Так, например, для нормал . N-n . ного закона распределения ,68, а для равномерного cL 0,84. По результатам анализа каждого периода Т записанное в счетчике число (N-n) поступает на дешифратор 6, который в зависимости от закона рас. пределения сигнала в соответствии с дешифрирует е6 знафункциеймение в HeKOTOjSoe число. В линейном случае дешифратор может бытьзаменен усилителем с коэффициентом усиления т, Результат дешифрации -и порог изме рения ct поступают в блок 7 умножени который показывает среднеквадратичес мое значение измеряемого сигнала. Устройство (фигМ) получается про стым только в случае линейного дашифратора 6. Такое устройство примеиимо, например, для измерения шумов или загрузки высокочастотных линейных трактов. При нелинейных дешифраторах это устройство становится громоздким. Ус.тройство (фиг.2) организовано по принципу следящей системы и работает следующим образом. Как и в предыдущем случае, после центрирования, выпрямления и сравнения измеряемого сигнала с уровнем анализа импульсы поступают на информационный вход счетчика 5- За время Т между импульсами поступающими от генератора импульсов на установочный вход счетчика в счетчике будет накап лива.ьсг некоторое число импульсов, г: чiOi: иональное времени f превышение-. зиеряемым сигналом порога Ы и зависящее от порога анализа и среднеквадратического значения сигнала. Если среднеквадратическое значение постоянно, а порог анализа oL-уменьши, ь , что в счетчик 5 за время Т запишется большее число импульсов, если увеличить порог анализа - меньшее. Изменяя порог анализа oL , можно, добиться, чтобы в счетчик было записано заданное число импульсов. 9 Для каждого закона распределения случайного сигнала существует свой порог анализа ot « при котором относительное время превышения этого jt. i.- . порога; 1 -А. где - постоянная величин, зависящая от вида закона распределения случайного сигнала. Так,для нормального распределения она равна 0,32; для закона арксинуса 0,5; для равномерного О, для экспоненциального О,Зб8; для распределения Рэлея 0,8. При этом порог анализа cL равен среднеквадратическому значению измеряемого сигнала. Устройство (фиг.2) осуществляет слежение за порогом анализа Ы. Необходимое число (i; в зависимости/от закона распределения задается счетчику 5 заранее, так, например, если для нормального закона .(Jу, 0,32 и если объем выборки принят , то число, записанное в счетчике, должно быть равно 320. Таким образом, на каждом периоде анализа Т счетчик 5 сравнивает число импульсов на некотором текущем пороге анализа с заданным. Если поступив-, шее число импульсов больше (,меньше заданного, то счетчик выдает на источник 3 опорного напряжения сигнал об увеличении (уменьшении)порога ана-. лиза. Так продолжается до тех пор, пока за время Т в счетчике не будет записано заданное число. Тогда число считываемое с MHflMj aTjqpa 6 - уровень анализа, численно равный среднеквадратическому значению измеряемого сигнала. Точность измерений уст.ройства зависит от точности измерения веля чины ot и fb . Технико-экономический эффект от внедрения изобретения заключается в следующем. Для измерения и контроля широкополосных высокочастотных сигналов (например линейных трак.трв ВЧ систем передачи с полосой до 25 МГц ) изобретения является реально осуществимым. Выпускаемый промышленностью прибор ИШ-П323 может работать только до 100 кГц. Приборы с цифровым отсчетом для измерения среднеквадратического значения на высоких частотах не производятся. Поэтому предлагаемые приборы позволяют расширить частотный диапазон змерений. Формула изобретения 1,Устройство для определения сред кеквадратическс5го отклонния случайных процессов, содержащее генератор импульсов, реверсивный счетчик и источник опорного напряжения, последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный. выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильтра является входом устройства, отличающеес я тем, что, с целью расширения ча тотного диапазона измерений, оно дополнительно содержит дешифратор и блок умножения, причем вход дешифратора соединен с выходом реверсивно го счетчика, а выход дешифратора под ключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжени и входом опорного напряжения схемы сравнения, лервый выход генератора импульсов подключен к синхронизирующему входу схемы сравнения и суммиру ющему входу .реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а управляющий вход реверсивного счетчика подключен к второму выходу генератора импульсов, 2.Устройство для определения сре неквадратического отклонения случай958 ных процессов, содержащее генератор импульсов, счетчик импульсов, источник опорного напряжения и последовательно соединенные центрирующий фильтр, двухполупериодный выпрямитель и схему сравнения, причем вход центрирующего фильтра является входом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона измерений, оно дополнительно содержит-индикатор, причем выход счетчика импульсов соединен с управляющим входом индикатора и входом источника опорного напряжения, выход которого подключен к входу опорного напряжения схемы сравнения и информационному входу индикатора, первый выход генератора импульсов соединен с . синхронизирующем входом схемы сравнения, выход к горой подключен к информационному входу счетчика импульсов, а управляющий вход счетчика импульсов соединен с вторым выходом генератора импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Новинский А. Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процессов. М., Энергия, 1979, с.. 2,Авторское свидетельство СССР ff 2788 6, кл. G Об G 7/52, 1967 (прототип).

1 1 I I