Устройство для контроля стационарности нормального случайного процесса Советский патент 1982 года по МПК G06F17/18 G06F17/15 

Изобретение относится к устройствам для измерения статистических характеристик случайных процессов и может быть использовано в измерительной технике в интересах различных отраслей народного хозяйства.

Известно устройство - электронный коррелятор. Он предназначен для исследования процессов с любым законом распределения амплитуд и содержит цифровой преобраэователь,усилитель, сравнивающее устройство генератор пилообразного напряжения, генератор импульсов опроса, элементы задержки, схемы совпадения, триггеры, делитель частоты и ревер-i сивный счетчик. Устройство измеряет корреляционную функцию случайного процесса непосредственно через знаковую мсшентную функцию связи между значениями исследуемого случайного процесса в момент времени t и знаками случайного процесса X (t) в моменты t .

Известен другой коррелятор, . который измеряет корреляционную функцию путем оценки вероятности знаковых совпадений.

Устройство соотоит из модулятора АИМ, преобразующего сигнгш а равномерную случайную последовательность. Этот сигнал поступает на амплитудный селектор. Импульсы, превысившиеi порог селекции (среднее значение сигнала), возбуждают одновибратор, формирующий стандартные импульсы. Эти импульсы подаются на схемы совпадений и в линию задержки. На выходе схемы совпадения сигнал появ10ляется только при одновременном появлении импульса с одновибратора и дифференцирующей цепи (линии задержки).Общее количество импульсов подсчитывают счетчики 2.

15

Рассмотренные устройства измеряют корреляционную функцию процесса на его отдельных, участках. Оценку стационарности в широком смысле осуществляют ручным способом путем срав20нения графических значений математическбго ожидания и корреляционных функций для различных участков процесса . Если математическое ожидание (iHjt) и корреляционная функция (Ну,)

25 на интервале t - t,j. равны соответственно математическому ожиданию ш,, и корреляционной функции R на интервале tj - t., то процесс считают стационарным в широком смысле. 30 При этом учитывают погрешности

(статистический разброс) получения у и Ry .

Описанные устройства облеьдают рядом недостатков, основным из которых является невозможность оценки и контроля стационарности.

Из теории.(Известно,что среднее числосовпадений N, (т;,,тд) положител ных Выбросов на уровне среднего значения двух независшйггГ Ормальных стационарных процессов совпадаетсо средним числом положительных выбросов одного из этих процессов:

. ,,m.,) i (m,),U)

где N (lOf - среднее число положительных выбросов одного из процессов на уровне среднего значения процесса;.

- вторая производная нормированной корреляционной функции процесса. Для двух некорреляционных участков одного и того же процесса, т.е. fco.-ta. интервал времени между участками ( должен быть больше времени корреляции (Тцдр)., опреде

ляемого как- .

со

Kcp-IlRxtoiar. (Z)

Учитывая (1) и (2) среднее число совпадения положительных выбросов на уровне среднего значения для двух некоррелированных участков нормального стационарного эргодического процесса равно среднему числу положительных выбросов на одном из участков.

Следовательно, несовпа дение (неравенство) N(m,m2) с N(m,2.) свидетельствует о том, что нормальный процесс нестационарен в широком смысле..

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля стационарности нормального случайного процесса, содержащее первый блок усреднения, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первому входу первого усилителя-ограничителя, блок задержка, элемент И,, выход которого под1(:лючен к первому входу реверсивного Ачетчика, в устройство введены йторой блок усреднения, второй усилитель-ограничитель, компаратор, формирователь строб-импульсов, и второй и третий элементы И, первые входы которых подключены к соответствующим выходам формирователя строб-импульса, вход которого является синхронизирующим входсм устройства, вторые входы второго и третьего .элементов И соединены с

выходами первого и второго усилителей-ограничителей соответственно, второй вход первого усилителя-ограничителя и вход блока задержки подключены к входу устройства, выход блока задержки соединен с входом второго блока усреднения и с первьи входом второго усилителя-ограничителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока усреднения,

выход третьего элемента И соединен с первьм входом первого элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого подключен к первому

5 входу компаратора, второй вход которого является установочным входом устройства.

На чертеже дана блок-схема устройства ,

0 Устройство содержит блок 1 усреднения, усилитель-ограничитель 2, элемент И 3, реверсивный счетчик 4, компаратор 5, блок 6 задержки, усилитель-ограничитель 7, элементы

5 И 8 и 9, блок 10 формирования стробимпульса. Блок 1 усреднения соединен входом с входом блока 6 задержки и входом усилителя-ограничителя 2, а выходом с входами первого 2

п усилителя-ограничителя. Первый усилитель-ограничитель 2 соединен первым входом с входами блока 1 усреднения и блока б задержки, вторым входом с выходом блока 1 усреднения,

, а выходом с входом элемента И 3, который входом соединен с выходом усилителя-ограничителя 2, а выходом с первыми входами реверсивного счетчика 4 и элемента И 9.

Реверсивный счетчик 4 первым входом соединен с выходе элемента И 3 и первым входсм элемента И 9, вторьм входом с выходом элемента И 9, а выходом с. входом компаратора 5,

Компаратор 5 соединен с выходом

реверсивного счетчик а. Блок 6 задержки соединен входом с входами блока 1 усреднения и ограничителя 2, а выходом с первым входом усилителяограничителя 7 и через второй блок

11 усреднения с вторам входом усилителя-ограничителя 7 .

Усилитель-ограничитель 7 соединен первым входом с выходом блока б задержки, выходом второго блока 11 усреднения, а выход - с входом элемента И 8, который соединен входом с выходом усилителя-ограничителя 7, а выходом с входом элемента И 9, который входами соединен с выходом

элемента И 8 элемента И 3, входом реверсивного счетчика 4, а выходом с BTOpfcJM входом реверсивного счетчика 4.

Блок 10 формирования импульса

соединен выходами с элементами И 3

и 8. Блок 11 усреднения соединен входом с выходом блока 6 задержки, а выходом с входом усилителя-ограничителя 7.

Устройство работает следующим обраэсж.

ПЕ)одолжительность измерения задается блоком 10 выработки временного строба, открывающего через элементы И 3 и 8 поступление в течение времени импульсов на элемент И 9 и реверсивный счетчик 4. Блок 10 может быть выполнен как триггерная схема, на оба входа которой через кнопку 12 подаются запускающие импуль сы.

Измеряемый случайный сигнал с нормальным законом распределения поступает на вход интегратора, на входе которого образуется среднее значение сигнала. Одновременно измеряемый сигнал поступает на-первые входы первого и через линию задержки второго усилителей-ограничителей Задержка по времени выбирается исходя из у ел о аи я Т зад Т пор Этим обеспечивается некоррелированность двух исследуемых участков процесса. На вторые входы усилителей-ограничителей поступает напряжение, пропорциональное среднему значению реализации.

Усилители-ограничители выделяют положительные выбросы сигнала на уровне средних значений, преобразуя их в прямоугольные импульсы.

Через элемент И 3 с выхода первого усилителя-ограничителя импульс поступают на вход реверсивного счетчика и схемы совпадений. На второй вход схемы совпадений импульсы поступают через элемент И 8 с выхода второго усилителя-ограничителя 7. В схеме совпадений происходит процесс совмещения импульсов по времени их появления. На второй вход реверсивного счетчика проходит только количество совпавших импульсов. В реверсивном счетчике образуется разность импульсов, полученных от схемы совпадения, т.е. число совпадений положительных выбросов на уровне среднего значения для двух некоррелированных участков и импульсов, образованных положительным выбросами для одного из участков,

Полученная разность импульсов поступает в компаратор 5, где она сравнивается с допустимьвл значением обусловленным аппаратурной и методической погрешностью измерений.

Указанная совокупность признаков позволяет проводить оценку и осуществлять автоматический контроль стационарности нормального эргодического процесса, при быстродействие контроля повышается в 10 -10 раз и становится возможные-его осуществление в темпе проведения испытаний, в тем числе и в реальном времени.

0

Формула изобретения

- Устройство для контроля стационарности нормгшьного случайного процесса, содержащее первый блок усреднения, вход которого является входом устройства, а выход подключен к первому входу первого усилите0 ля-ограничителя, блок задержки,

элемент И, выход которого подключен к первому входу реверсивного счетчика, отличающееся тем, что,- с целью повышения быстродейст5 ВИЯ, в него введены второй блок усреднения, второй усилитель-ограничитель, компаратор, формирователь строб-импульсов, второй и третий элементы И, первые входы которых

Q подключены к соответствующим выходам формирователя строб-импульса, вход которого является синхронизирующим входом устройства, вторые входы второго и третьего элементов И соединены с выходами первого и

5 второго усилителей-ограничителей соответственно, второй вход первого усилителя-ограничителя и вход блока задержки подключены к входу устройства, выход блока задержки соединен

0 с входом второго блока усреднения и с первых входом второго усилителяограничителя, второй вход которого подключен к выходу второго блока усреднения, выход третьего элемента И соединен с первым входом первого Iэлемента И, второй вход которого объединен с вторым входом реверсивного счетчика, выход которого порключей к первому входу компаратора,

0 второй вход которого является установочном входом устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР , 200892, кл. G 06 F 15/36, 1967. 2..Прянишников В.А. Установка для измерения коэффициента корреля 1 I

, 1964, В.

Электросвязь

ции

О-