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

1

Изобретение относится квычисли тельной технике и может быть использовано для определения законов распределения случайных процессов в радиофизике, радиотехнике и в других областях, имеющих связь со случайны- . ми процессами.

Известно устройство, содержащее коррелометры, блок деления, сумматор,

фильтр, блок формирования-коэффициентов разложения, нелинейный преобразователь, блок умножения, сумматор, регистр 1 .

Однако данное устройство характеризуется сложной конструкцией и имеет низкую точность измерения, поскольку очень трудно реализовать нелинейный преобразователь.

Наиболееблизким к изобретению по

.технической сущности является устройство для получения плотности распределения и функции распределения случайных процессов, содержащее усредняющие устройства., перемножители, суммирующую схему, генератор импульсов, филь- р, хронирующее устройство, интегратор, индикатор плотности распределения, индикатор функции распределения и функциональный преобразователь, выходы которого соединены через усредняющее устройство и первые входы перемножителей с входами суммирующей схемы, выход последней соединенс первым входом индикатора плотности рас- пределения, а также через интегратор соединен с первым входом индикатора функции распределения, выход генератора импульсов через фильтр соединен с вторыми входами перемножителей, а .

ts также через хронирующее устройство соеджнен с вторыми входами индикатора .плотности распределения и индикатора функции распределения.

При определении функции распреде20ления на вход функционального преобразователя подают случайный процесс x(t), реализации которого заранее неизвестны, а на выходах получают впол5972не определенные функции h(x), ,N, где число N определяется числом членов аппроксимирующего ряда, а Нр(х) видом базисных функций Г2 . Получение из реализаций случайных процессов посредством функционального преобразователя детерминированных и вполне конкретных функций - элементов базисных функций h(x), ,N являетсй чрезвычайно сложной, технически трудно реализуемой задачей. ГПолучаемые кривые распределений при помощи данного устройства дают низкое приближение к определяемой кривой исследуемого процесса, кроме того, измерение малых значений исследуемого процесса сопровождается значительными погрешностями. Поэтому известному устройству свойственен высокий уровень ошибок основными источниками которых являются неточности выходных функций Н.,(х), ,N функционального преобразователя а также конструктивная сложность. Целуо изобретения является повышение точности измерений. Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее группу интеграторов , первую группу перемножителей первые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей первой группы соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу индикатора плотности распределения и через интегратор - к входу индикатора функции распределения, выход генератора импульсов соединен с входом фильтра и первым входом элемента И, выход которого через элемент задержки соединен с входами запуска индикатора плотности распределения и индикатора функции распределения, дополнительно введены счетчик нормирования результатов, вторая группа перемножителей, решающий блок, группа счетчиков, группа элементов И и блок генераторов вспомогатель ных нормальных случайных процессов, выходы которого соединены соответственно с первыми входами пере ножителей второй группы, выходы которых через интеграторы соединены соответствеино с входами решающего блока, выходы которого подключены соответственно к входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с оервыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с входом генератора импульсов, вторым входом элемента И и выходом счетчика нор мирования результатов, выходы элементов И группы подключены соответственно к первым входам перемножителей пер вой группы, а вход счетчика нормирования результатов соединен с вторыми входами перемножителей второй группы, входом блока генераторов вспомогатель ных нормальных случайных сигналов и входом устройства. Кроме того, решающий блок содержит группу каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и эмиттерного повторителя, входы усилителей являются входами бло ка, выходы эмиттерных повторителей выходами блока, а эмиттеры усилителей всех каналов соединены с одним выводом резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала. На фиг. 1 показана структурная схема устройства для определения законов распределения случайных процессов на 1)иг. 2 - структурная схема решающего блока} на фиг. 3 то же, принципиальная схема. Устройство для определения законов распределения случайных процессов содержит блок 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, элемент 2 задержки, группу перемножителей , группу интеграторов V. решающий блок 5, счетчики , элементы И ), группу переменожителей 8,j-8|, сумматор S-tS, интегратор 10, индикатор П функции распределения, индикатор 12 плотности распределения, счетчик 13 нормирования результатов, генератор И импульсов, фильтр 15, элемент И 16. В состав решающего блока входят усилители 17, эмиттерные повторители 18 и резистор 19. Решающий блок-. Принципиальная схема которого приведена на фиг. 3, состоит из N идентичных каналов, имеет N входов и N выходов. При поступлении сигналов с различной амплитудой с выходов элементов (yj задержки на входы Вх, Вхл, . Bxjyj решающего блока на резисторе 20, который является общей эмиттерной нагрузкой всех транзисторов 2Ц-21щ, выделяется максимальный сигнал. Поэтому потенциалы на всех эмиттерных транзисторах 2Ц-21 равны величине максимального сигнала, что приведет к запиранию всех транзисторов, кроме того, на входе сигнал максимален. При этом потенциалы на коллекторных резисторах 22 -22 2Рзнзисторов 2355,..., П ® выходах всех каналов бых, Вых,, ,., Вых)у/, кроме канала, имеющего максимальный сигнал на входе, равны нулю. Следовательно, только на выходе канала, имеющего максимальный входной сигнал., появляется сигнал что регистрируется счетчиком этого ка нала процессов. Bxfj решающего Входы Вх, Bxrt, устройства подключены к базам транзис торов 2Ц,), 21 ..,, эмиттеры которых соединены между собой и через резистор 20 подключены к минусовой ши не источника 2Ц питания. Базы транзис торов 23.|, 23,jy . . , 23щ7 ° Динены с коллекторами транзисторов 21, 212, ..., 2Ц(И через резисторы 25. 25, .,,. .., .., 25|ij-tс плюсовой шиной источника питания. Эмиттеры транзисторов 23. Al 23мгсоединены с положительно шиной источника питания, а их коллекторы соединены с выходами Вых. ,. Вых1, ... , решающего устройств;-, и чере резистора 22, 222, 22д;2Подключе ны к минусовой шине источника питания Устройство работает следующим образом. Сигналы с каждого выхода блока 1 генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов, синхронизированные по запуску с исследуемым случай:ным процессом, поступают на первые входы перемножителей где реализация исследуемого процесса перемножается с реализацией каждого вспомогательного случайного процесса, -выходные сигналы перемножителей поступают на входы интеграторов Ц-) своих каналов и накапливаются за время длительности исследуемого процесса. Очевидно. что с максимальной вероятностью наибольший сигнал будет накоплен в интеграторе того канала, форма реализации генератора вспомогательного нормального процесса в котором соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого процесса. После окончании реализации исследуемого процесса накопленные в интеграторах сигналы поступают на входы решающего блока 5 где сигналы сравниваются между собой по величине и выделяется канал с максимальным сигналом, что регистрируется счетчиком канала. В результате такого анализа над I реализациями исследуемого процесса x{t) счетчики 6-|-6м зарегистрируют Ц, l 1(4 реализаций исследуемого 9 7 процесса x.(t), совпадающих или максимально сходных с реализациями генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов x(t), ,N, Таким образом, устройство всю совокупность реализаций исследуемого процесса разделяет на N подсовокупности, законы распределения которых соответствуют законам распределения соответствующих генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов Wf,(x),n l7N. Общее количество реализаций I исследуемого процесса считывается счетциком 13 нормирования результатов. При переполнении счетчика 13 (его коэф;рициент пересчета устанавливается зар«нее) группой элементов И fji сп - иваются нормированные показания счетчиков , которые, представляют со,бой вероятности л , разделенных подсовокупностей. Условия регистрации кривых плотндсти и функции распределения требуют. чтобы они были функциями времени. Следовательно, ДЛИ аппаратурного определения кривые плотности и функции распределения должны быть представлены в виде функции времени. Поэтому плотности и функции распределения подсовокупности исследуемого процесса пред-ставляются в виде функции времени. При переполнении счетчика 13 нормирования результатов на его выходе появляется сигнал, с которого запускается генератор И импульсов, вырабатывающий единичные импульсы сЛ(1). Фильтр 15 при подаче на его вход единичных импульсов дает импульсные отклики W(t), ,N. Импульсные отклики фильтра 15 Wn(t), ,N зависят от времени так же, как и плотности распределения разделенных подсовокупностей - от X. Импульсные отклики фильтра 15 перемножаются с нормированными значениями выходных сигналов группы элементов И в перемножителях . Выходные сигналы перемножителей суммируются в сумматоре 9. Сигнал с его выхода подается на первый вход индикатора 12 плотности распределения, а также этот игнал одновременно интегрируется интегратором 10 с выхода которого интег- рированный сигнал подается на вход индикатора 11 функции распреде-. ения. На вторые входы индикаторов поаются сигналы синхронизации с выхо- а элемента 2 задержки-от счетчика 13 797 нсрмирования результатов и генератора 14 импульсов. Таким образом, на индикаторах кривой плотности распределения и функции распределения синтезируются плотность распределения и функция распределения исследуемого сигнала, состоящего из подсовокупностей, описываемых смесями нормальных плотностей распределенияNЫ . w)i:: q,vv(t),.T:,n N N FCil ElanJ „(tldi IIIcv F Ctl, N -« И Введение в устройство счетчика нор мирования результатов, группы посяедо вательно соединенных перемножителей и интеграторов, решающего блока, счет чиков , группы элементов И и блока генераторов вспомогательных нормальных случайных процессов позволяет представить функцию распределения в виде взвешенной суммы нормальных плотностей распределения, т. е, в виде смеси нормальных распределений. При этом каждая компонента Wf(x) или Ff,(x) имеет теоретико-вероятностный смысл|| что позволяет значительно повысить точность определения плотности и функции распределения исследуемого процесса. Формула изобретения . 1, Устройство для определения зако нов распределения случайных процессов содержащее rpynriy интеграторов, первую группу перемножителей, первые вхо ды которых соединены сцответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей первой группы соединены с входами сумматора, выход которого подключен к входу индикатора плотности распределе ния и через интегратор г к входу индикатора функции распределения, выход генератора импульсов соединен с входом фильтра.и первым входом элемента «И, выход которого через элемент задержки соединен с входами запуска индикатора плотности распределения и индикатора функции распределения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно содержит счетчик нормирования результатов, вторую группу перемножителей и решающий блок, группу счетчиков, группу элементов И и блок генераторов вспомогательных случайных нормальных процессов , выходы которого соединены соответственно с первыми входами перемножителей второй группы, выходы которых через интеграторы соединены соответственно с. входами решающего блока, выходы которого подключены соответственно к входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, вторые входы которых соединены с входом генератора импульсов, вторь1м входом элемента И и выходом счетчика нормирования результатов, выходы элементов И группы подклочены соответственно к первым входам перемножителей первой группы, а вход счетчика нормирования результатов соединен с вторыми входами перемножителей второй группы, входом блока генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов и входом устройства. 2. Устройство по п. 1,отличаю щ е е с я тем, что решающий блок содержит группу каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных усилителя и эмиттерного повторителя, входы усилителей являются входами блока, выходы эмиттерных повторителей - выходами блока, а эмиттеры усилителей всех каналов соединены с одним выводом резистора, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала. Источник:и информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 515116, кл. G Об F 15/36, 197. 2.Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. М., Энергия, 1972, с. 333 (прототип).