Устройство для определения амплитудных характеристик случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АМПЛИТУДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к области специализированных средств вычислительной техники, предназначенных для аппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известны устройства для определения амплитудных характеристик случайных сигналов, относящиеся к классу амплитудных анализаторов, работающих по методу дискретных выборок. Устройства предназначены для определения законов распределения вероятностей мгновенных значений случайных сигналов 1 и 2.

Наиболее близким по техническому решению к предложенному является устройство, представляющее собой вариант распространенного одноканального аналого-цифрового анализатора распределения вероятностей мгновенных значений сигнала, работающего по методу дискретных выборок, и содержащее следующие узлы: аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого . является входом устройства, а выход соединен с первым входом цифрового дискриминатора, выход которого соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, содержащее также т-енератор импульсов опроса, выход

которого соединен со вторыми входами аналого-цифрового преобразователя, цифрового дискриминатора и электронно-счетного частотомера. Устройство предназначено для определения функции распределения или плотности распределения мгновенных значений сигнала, кроме того, с помощью этого устройства (исключив цифровой дискримина10тор), возможно измерение математического ожидания мгновенных значений сигнала t 3.

Недостатком известных устройств является невозможность с их помощью

15 оперативно определять такую важную характеристикуу как дисперсия мгновенHtax значений сигнала.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройст20ва за счет определения средних значений сигнала.

Поставленная цель достигается теМ, что в устройство, содержащее аналогуцифровой преобразователь, первый

25 вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом генератора импульсов опроса,цифровой дискриминатор м электронно-счетный частотомер, вводятся триггер

30 элемент И и четырехполюсный трехпозиционный переключатель, при этом подвижный контакт первого полюса переключателя соединен с выходом аналого цифрового преобразователя, подвижный контакт второго полюса переключа теля подключен к управляющему входу цифрового дискриминатора, подвижный контакт третьего полюса переключателя соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, второй вход которого подключен к подвижному ксжтакту четвертого полюса переклю чателя, первый и третий неподвижные контакты первого полюса которого сое динены с первым входом элемента И и с информационным входом цифрового дискриминатора, выход которого соединен с первым неподвижным контактом третьего полюса, с третьим неподвижным контактом четвертого полюса, с третьим неподвижным контактом второ го полюса переключателя и с единичным входом триггера, нулевой вход ко торого подключен к выходу генератора импульсов опроса, аединичный выход соединен с вторым входом элемента И выход которого подключен к третьему не подвижному контакту третьего полюса п реключателя, второй неподвижный контак третьего полюса которого и второй неподвижный контакт первого полюса соединены между собой, а первый и второй неподвижные контакты четверто го полюса и первый неподвижный контакт второго полюса переключателя соединены между собой и выходом гене ратора импульсов опроса . Измерение дисперсии мгновенных значений случайных сигналов основано на использовании выборочной процедуры - смещенной выборки. Известно, что для стационарных импульсных потоков имеет место соотношение:среднее значение числа событий в интервале времени ,содержащем произвольно выбранное событиеJ . m - среднее значение числа со бытии в произвольном фиксироваНном интервале време ни t , - дисперсия числа событий в произвольном фиксированном интервале времени tr. Учитывая, что K-- К где in - среднее значение числа собы тий в интервале времени (Гц от произвольно выбранного события до конца интервал содержащего это событие выражение (1) принимает вид (3) Dtw-c 3 При аналого-цифровом преобразовании по методу дискретных выборок напряжение исследуемого сигнала x(t) в моменты времени (моменты опроса) преобразуется в пропорциональное число импульсов т x(t.) Ст., (k) где С - коэффициент пропорциональности (или коэффициент преобразования) . Поскольку моменты опроса следуют через равные, фиксированные интервалы времени т , можно считать, что число импульсов m, пропорциональное напряжению сигнала в момент , - это число импульсов в интервале времени 17 t. -t , т.е. ( m. (5) Учитывая (4), (5), выражение (3) принимает следующий вид . оГх J , т..-т -гг г где J - дисперсия мгновенных значений сигнала. В соответствии с выражением (6) можно выделить пять операций, реализация которых позволит определять дисперсию мгновенных значений случайных сигналов: преобразование напряжения исследу,емого сигнала в импуяьсы, число которых пропорционально значениям сигнала в моменты опроса, следующие через равные отрезки временит ; измерение среднего числа импульсов m в интервале временит;, отбор импульсов независимо от исследуемого сигнала; измерение среднего числа Импульсов йц в интервале времени S от отобранного импульса до конца интервала С, содержащего этот импульсJ определение расчетным путем дисперсии мгновенных значений исследуемого сигнала по формуле (6) ., На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы, пояснякяцие работу устройства. Схема устройства содержит аналогоцифровой преобразователь 1, генератор 2 импульсов опроса, цифровой дискриминатор 3, электронно-счетный частотомер 4, триггер 5, элемент И 6, четырехполюсный трехпозиционный переключатель 7, контакты 8-23 переключателя . Три позиции переключателя 7 соответствуют измерениям следующих характеристик: функция распределения вероятностей мгновенных значений сигнала;, среднее значение мгновенных значений сигнала) дополнительное среднее. В первом режиме измерений устрой-ство работает .следующим образом. Четыре подвижных контакта переключателя 7-8, 12, 16, 20 подключены соответственно к четырем неподвижным контактам 9, 13, 17, 21. При этом на первый вход аналого-цифрового преобразователя 1 поступает исследуемый сигнал x(t) (фиг. 2а) ,. а на второй вход преобразователя 1 поступают импульсы с генератора импульсов опроса 2 (фиг. 2S), При каждой выборке, задаваемой импульсом опроса, напряжение исследуемого сигнала x(t) преобразуется аналого-циф ровым преобразо вателем в импульсы Сфиг. 2-6) , число mj которых пропорционально значению сигнала в момент t опроса, т.е. x(t) Cm. Эти импульсы через замкнутые контакты 8, 9 поступают на первый вход цифрового дискриминатора 3,на второй вход которого через замкнутые контакты 12-13 поступают импульсы опроса, каждый из которых в момент опроса приводит цифровой дискриминатор в исходное положение, а именно, вводит в него число Cq Х (Х - данный уровень анализа). Если при i-и выборке выполняется условие ш Я означающее, что .поступило событие X(t) х то на выхо ; де дискриминатора появляется импульс который через замкнутые контакты 1716 поступает на первый вход электрон но-счетного частотомера 4 и фиксируется счетчиком частотомера. На второй вход частотомера 4 через замкнутые контакты 20-21 поступают импульсы опроса, частотомер при этом работает в режиме измерения отнсяиения двух частот. Показание частотомера В, равное отношению числа d импульЬов, зарегистрированных счетчиком, к общему числу выборок N при Достаточно большом К служит оценкой функции F (Х) PCx(t)7 . Общее число выборок N (продолжительность анализа т) задается с помощью делителя .Частоты, содержащегося внутри частотомера. Во втором режиме измерений четыре подвижных контакта переключателя 7-8 12, 16, 20 подключены соответственно к четырем неподвижным контактам 10, 14, 18, 22. При этом цифровой дискри минатор исключается из схемы измерений, а выход преобразователя 1 через замкнутые контакты 8-10 и 16-18 подкл1Ьчен к первому входу частотомера 4,второй вход которого через замкну :тые контакты 20-22 подключен к выхо ду генератора 2 импульсов опроса. Как и в предыдущем слунае, в моменты выборок t-, создаваемые импуль сами генератора опроса, напряжение исследуемого сигнала преобразуется в пропорциональное число импульсов. Импульсы (фиг. 2г) с выхода преобразователя 1 поступают- на первый вход частотомера 4 и фиксируются счетчиком частотомера, На второй вход частотомера, работающего в режиме измерения отношения двух частот, поступа ют импульсы опроса. Показание частоjTOMSpa Bj, равное отношению числа , i импульсов, зарегистрированных счетчиком частотомера, к общему числу выборок N, пропорционально среднему мгновенных значений сигнала .Z т. JV.-l В третьем режиме измерений четыре подвижных контакта переключателя 7,8, 12, 16, 20 подключены соответственно к четырем неподвижным контактам 11, 15, 19, 23. Как и В предыдущих случаях, в моменты выборок t, создаваемые импульсами генератора опроса,напряжение исследуемого сигнала преобразуется в. пропорциональное .число импульсов . Импульсы с выхода преобразователя 1 через замкнутые контакты 8, 9 поступают на первый вход цифрового дискриминатора 3, второй вход которого через замкнутые контакты 12-15 соединен о его же выходом, т.е. в данном режиме цифровой дискриминатор . 3 работает как пересчетное устройство с постоянным коэффициентом деления К. Каждый К-й импульс, поступивший на первый вход дискриминатора 3, вызывает появление импульса на его выходе и этот импульс, в свою очередь, приводит дискриминатор в исходное положение. Таким образом на выходе цифрового дискриминатора 3 формируется импульсная последовательность (фиг. 22.)j состоящая из так называемых импульсов, отобранных независимо от исследуемого сигйала. Отобранный К-й импульс поступает на первый вход триггера 5 и устанавливает его в положение 1. в исходное положение О триггер 5 возвращает следующий за К-м импульсом импульс опроса, поступающий на второй вход триггера 5 с выхода генератора импульсов опроса. Таким образом на выходе триггера 5 формируются прямо/угольные импульсы (фиг. 2д), равные по длительности интервалам времени - от отобранного импульса до конца интервала Т, содержащего этот импульс., Импульсы с выхода триггера 5 поступают на первый вход логического элемента И 6, на второй вход которого через замкнутые контакты 8-11 поступают импульсы с выхода преобразователя 1. На выходе логического элемента И 6 образуются пачки () с числом импульсов Шц. Эти импульсы через -замкнутые контакты 16-19 поступают на первый вход частотомера 4, на второй вход которого через замкнутые контакты 20-23 поступают К-е импульсы. Показание частотомера равно В кПо окончании измерений определяют ся распределение вероятностей мгновенных значений сигнала по показаниям В для различных значений уровня анализа; математическое ожидание или среднее мгновенных значений сигнала по показаниям х (t7 С&.; диспер сия мгновенных значений сигнала по В,,: (t) показаниям гс ВхВэ-в 5э ТаЛим образом, использование в /. устройстве новых элементов - триггера, логического элемента И, переключателя - и наличие новых связей между элементами позволяет расширить функции известного устройства. Формула изобретения Устройство для определения амплитудных характеристик случайных процессов, содержащее ангшого-цифровой преобразователь, первый вход которого является входом устройства, а вто рой вход соединен с выходом генерато ра импульсов .опроса, цифррвой дискри минатор и электронно-счетный частот млер, о-тличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за.счет определения средних значений сигнала, в устройство введены триггер, элемент И и четырехполюсный трехпозиционный переключатель, при этом подвижный контакт первого полюса переключателя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, подвижный контакт второго полюса подключен к управляющему входу цифрового дискриминатора, подвижный контакт третьего полюса переключателя соединен с первым входом электронно-счетного частотомера, второй вход которого подключен к подвижному контакту четвертого полюса переключателя, первый и третий неподвижные контакты первого полюса которого соединены с первым входом элемента И и с информационным входом цифрового дискриминатора, выход которого соединен с первым неподвижным контактом третьего полюса, с третьим неподвижным контактом четвертого полюса, с третьим неподвижным контактом второ/о полюса переключателя и. с единичным входом триггера, нулевой вход которого подключен, к выходу генератора импульсов опроса, а единичный выход соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к третьему неподвижному контакту третьего полюса переключателя, второй неподвижный контакт третьего полюса которого и второй неподвижный контакт первого полюса -соединены между собой, первый и второй неподвижные контакты четвертого полюса и первый неподвижный контакт второго полюса переключателя соединены между собой и с выходом генератора импульсов опроса. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Косе Д. и Льюис П.Статистический ; анализ последователей событий. М., Мир, 1969, с. 75-76.. 2.Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., Энергия, 1972, с. 300. 3.Там же, с. 304 (прототип). .

ИН I I