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

1

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для определения законов распределения случайных сигналов в радиофизике, радиотехнике и в других областях, имеющих связь со случайными сигналами о

Известно устройство для оценки характеристик случайных процессов, содержащее коррелометры, блок деления, сумматор, фильтр, блок формировался 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.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство дл/ получения плотности . распределения и функции распределение случайных процессов, содержащее усредняющие устройства, перемножители, суммирующую схему, генератор импульсов, фильтр, хронирую-щее устройство, интегратор, индика-. тор плотности распределения, индикатор функции распределения и функциональный преобразователь , выходы которого соединены через усредняющие устройства и первые входы пере,д множителей с входами суммирующей схемы, выход последней соединен с первым входом индикатора плотности распределения, а также через интегратор соединен с первым входом ин,5 дикатора функции распределения, выход генератора импульсов через фильтр . соединен с вторыми входами перемножителей , а также через хронирующее устройство соединен с вторыми входами индикатора плотности распределения и индикатора функции распределения.

При определении функции распределения на вход функционального преобраэователя подают случайный процесс x(t), реализации которого заранее неизвестны, а на выходах получают вполне определенные функции ), n-l,N, где число N определяется числом членов аппроксимирующего ряда, а hn(x) - видом базисных функций f2. Получение из реализаций случайных процессов посредством функционального преобразователя детерминированных и вполне конкретных функций членов базисных функций Ь,(х) , ,N является чрезвычайно сложной, технически трудно реализауемсй задачей,, Получаемые.кривые распределения при помощи известного устройства имеют низкое приближение к определяемой кривой исследуемого процесса, кроме того, измерение малых значений процесса сопровождается значительными погрешностями. Лоэтому известному устройству свойственен высокий уровень ошибок, основными источниками которых являются неточности выходных функций hf(x) , ,N функционального преобразователя, а также конструктивная сложность.

Цель изобретения является повышение точности измерений

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее группу интеграторов, группу .перемножителей, первые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей группы соединены с вхо дами 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 элемент ЗАПРЕТ, группа генераторов вспомогательного нормального случайного сигнала, группа блоков формирования модуля разности напряжений, решающий блок, группа счетчиков, групва элементов И, счетчик Нормирования резуль татов измерений, причем информационный вход элемента ЗАПРЕТ является вхпяом устройства, а его выход соединен с входами запуска генераторов вспомогательных нормальных сигналов группы, с первыми входами блоков формированил модуля разности напряжений

группы и входом счетчика нормировани результатов, выход которого подключен к первым входам элементов И группы, входу генератора импульсов, второму входу элемента И и управляющему входу элемента ЗАПРЕТ, выходы генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов группы соединены .соответственно с вторыми входами блоков формирования модуля разности напряжений группу, выходы которых через интеграторы соединены с соответствующим входом решающего блока, каждый выход которого через счетчик групы подключен к второму входу соответствующего элемента И группы, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами группы перемножителе

Кроме того, решающий блок содержит запирающие диоды, усилитель и группу каналов, каждый из которых состоит из первого эмиттерного повторителя и последовательно соединенных сумматора напряжений, усилителя и второго эмиттерного повторителя, входы которых являются выходами блока входы Влока являются соответственно первыми входами сумматоров напряжений и через запирающие диоды соединены с входом усилителя, выход которого подключен к входам эмиттерных повторителей, выходы которых соединены соответственно с вторыми входами сумматоров напряжений, а усилители каналов блока имеют общий нагрузочный эммитерный резистор„

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для определения законов распределения случайных си|- налов.; на фиг. 2 - структурная схема решающего блока; на фиг, 3 - его принципиальная схема о

Устройство для определения законо распределения случайных сигналов, содержит генераторы 1-i-1|si вспомогательных нормальных случайных сигналов, блоки формирования модуля разности напряжения, группу интеграторов 3-1-3|ч, решающий блок 4, счетчики 5/1-SN, группу элементов И 6/1-6, перемножители , сумматор 8, индикатор 9 плотности распределения, интегратор 10, индикатор

11функции распределения, элемент

12ЗАПРЕТ, счетчик 13 нормирования результатов, генератор Т импульсов, фильтр 15, элемент И 16 и элемент

17 задержки, время задержки котороГО равно времени задержки сигнала фильтром 15о В состав решающего блока входят эмиттерные повторители 18, сумматоры 19 напряжений, усилители 20, эми терные повторители 21, резистор 22, диоды 23, усилитель Решающий блок по принципиальной схеме (фиг. 3) содержит N идентичных каналов, имеющих N входов и выходов, и схему выбора максимального из N сигналов, выполненную на транзисторе 25, диодах и резисторах 2 7-1-2 7щ« Выходные сигналы интеграторов ЗиЗ,, имеющие различные амплитуды, поступают на входы решающего устройства и, разветвляясь, одновременно подаются через резисторы 27,-27,на сумматоры, выпол- ; ненные на резисторах ,ф ,N и на диоды 2б,-2б(д. Самый большой сигнал, открыв свой диод и будучи приложенным к анодам остальных диодов, одновременно все их закроет и откроет транзистор 25 При этом с его коллектора максимальный по абсолютной величине отрицательный потенциал, выделенный на резисторе 27, одновременно откроет транзисторы i а резисторах , 28j ., „ ,28 2выделяются равные по ве личине отрицательные потенциалы, ко торые алгебраически суммируются с входными сигналами в сумматорах 28 28f3,,,28,4каждого кана ла. Так как отрицательный потенциал на всех рез сторах , , , равен по абсолютной величине, то результирующий отрицательный потенциал ПО абсолютной величине больше на резисторе 28j,4Toro канала, на вход которого был приложен минимальный вход ной сигнал. Этот наибольший отрицательный потенциал, открыв свой транзистор 25п1на резисторе 29, который является эмиттерной нагрузкой всех транзисторов 25., 25ма1 выделит максимальный потенциал, что приведет к запиранию транзисторов всех каналов, кроме того, на входе которого был минимальный сигнал. При этом потенциалы на коллекторнь1х резисторах 282(,0.. ,28(,транзисторов 25,j,252j,o,,,25Nj, т.е. на выходах всех каналов 30 ,30,.,,30м кроме канала, имеющего минимальный сигнал на входе, равны нулю. Следовательно, только на выходе канала, имеющего минимальный входной сигнал, появляется сигнал, что регистрируется счетчиком этого канала. Устройство работает следующим образом. Сигналы каждого генератора I/,-IM вспомогательного нормального случайного сигнала, синхронизованные по запуску с исследуемым случайным сигналом, поступают на первые входы блоков формирования модуля разности своего канала, а на вторые входы всех блоков формирования модуля разности через элемент 12 ЗА ПРЕТ поступает исследуемый случайный сигнал. В блоках формирования модуля разности реализации соответству ющих генераторов вспомогательных случайных сигналов вычитаются из реализаций исследуемого случайного сигнала и от полученной разности вычисляется модуль выходные сигналы блоков формирования модуля разности поступают на входы интеграторов своих каналов и накапливаются за время длительности исследуемого сигнала. С максимальной вероятностью наименьший сигнал будет накоплен в интеграторе того канала, реализация генератора вспомогательного нормального случайного сигнала в котором соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого сигнала. После окончания реализации исследуемого сигнала, накопленные в интеграторах сигналы поступают на входы решающего блока Л, где сигналы сравниваются между собой по .амплитуде и выделяется канал с минимальным сигналом, что регистрируется счетчиком того канала, реализация канального генератора вспомогательного нормального случайного сигнала которого соответствует или наиболее сходна реализации исследуемого сигнала. В результате такого анализа над ; реализациями исследуемого сигналу счетчики зарегистрируют Ц , l|s| количество реализаций ис следуемого сигнала X(t), совпадающих по величине или максимально сходных с реализациями генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов Xj(t), ,N.Таким образом, предлагаемое устройство всю совокупность I реализаций исследуемого процесса разделяет на N подсовокупностей, законы распределения которых соответствуют по вероятности законам распределения соответствующих генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов. Вероятности определяются следующим образом. Общее количество реализации исследуемого про цесса считывается счетчиком 13 норми рования результатов (его коэффициент пересчета устанавливается заранее). При перевыполнении счетчика 13 норми рования результатов с его выхода подается сигнал на управляющий вход элемента 12 ЗАПРЕТ и далее на ее выход исследуекый случайный сигнал не подается, при этом на вторые входы блоков элементов И группы поступает сигнал с выхода счетчика нор мирования результатов, и списываются нормированные показания счетчиков 5-1-5м которые представляют со3„бой вероятности , ,N разде ленных подсовокупностей. Условия регистрации кривых плотности и функции распределений требуют, чтобы они были функциями времени. Следовательно, для аппаратурного определения кривые плотности и функции распределения должны быть представлены в виде функции времени Поэтому плотности и функции распред ления подсовокупности исследуемого процесса представляются в функции времени, которые формируются фильтром 15г При переполнении счетчика нормирования результатов 13 его выходным сигналом запускается генератор It импульсов, вырабатывающий единичные импульсы c(t) . фильтр 15 при подаче на его вход единичных импульсов дает импульсные отклики Wn(t), ,N. Импульсные отклики фильтра 15 Wn(t) зависят от времени также, как и плотности распределения разделенных подсовокупностей - от X. Импульсные отклики фильтра 15 перемножаются с вероятностями q , т.е„ выходными сигналами элементов И 6.,-6(цВ перемножителях 7i-7p). Выходные сигналы перемножителей суммируются в сумматоре 8. Сигналы с его выхода подаются на первый вход индикатора 9 плот ности распределения, и этот сигнал одновременно интегрируется интегратором 10, с выхода которого интегрированный сигнал подается на первы вход индикатора 11 функции распреде ния. Нл вторые входы индикатора 9 кривой плотности распределения и ин дикатора 11 функции распределения подаются сигналы синхронизации через элемент И 1б и элемент 17 задержки со счетчика 13 нормирования результатов и генератора импульсов. Таким образом, на индикаторах кривой плотности распределения и функции распределения синтезируются плотность распределения и функция распределения исследуемого сигнала, состоящего .из N подсовокупностей, описываемых смесями нормальных плотностей и функций распределений NN WU)(t),(,0,IIcv,f: N tN P( W CtMtrllcV F Ct) VnO V ( Введение в устройство элемента ЗАПРЕТ, блоков формирования модулей разности группы интеграторов, решающего устройства, генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов позволит представить кривую функции распределения в виде взвешенной суммы нормальных плотностей распределения и кривую функции распределения взвешенной суммой нормальных функций распределения, т.е в виде смеси нормальных распределений. При этом каждая компонента Wf(t) или ) имеет теоретико-вероятностный смысл, что позволит значительно повысить точность определения кривых плотностей и функции распределения исследуемого сигнала. Формула изобретения 1. Устройство для определения законов распределения случайных сигналов, содержащее группу интеграторов, группу перемножителей, первые входы которых соединены соответственно с выходами фильтра, выходы перемножителей 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, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно содержит элемент ЗАПРЕТ, группу блоков формирования модуля разности напряжения, решающий блок, группу генераторов вспомогательных случайных нормальных сигналов, груп пу счетчиков, группу элементов И, счетчик нормирования результатов из мерений, причем информационный вход элемента ЗАПРЕТ является входом устройства, а его выход соединен с входом запуска генераторов вспомогатель ных нормальных случайных сигналов группы, первыми входами блоков форми рования модуля разности напряжений группы и входом счетчика нормирования результатов, выход которого подключен к первым входам элементов И группы, входу генератора импульсов, второму входу элемента И и управляющему входу элемента ЗАПРЕТ, выходы генераторов вспомогательных нормальных случайных сигналов группы соединены соответственно с вторыми входами блоков формирования модуля разности напряжений группы, входы которых через интеграторы соединены с соответствуюи им входом решающего блока, каждый выход которого через счетчик группы подключен к второму входу соответствующего элемента И 810 соединены согруппы, выходы которых входами группы ответственно с вторыми перемножителейо 1, о т л и 2, Устройство по п. чающееся тем, что решающий блок содержит запирающие диоды, усилитель и группу каналов, каждый из которых состоит из первого эмиттерного повторителя и последовательно соединенных сумматора напряжений, усилителя и второго эмиттерного повторителя, выходы которых являются выходами блока, входы блока являются соответственно первыми входами сумматоров напряжений и через запирающие диоды соединены с входом усилителя , выход которого подключен к входам эмиттерных повторителей, выходы которых соединены соответствсн Но с вторыми входами суммэ.оров напряжений, а усилители каналов имеют общий нагрузочный эмиттерный резисторИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 о Автооское свидетельство СССР № 515П6, кл, G Об G 7/12, 1975. 2. Мирский ГоЯо Аппаратурное определение характеристик случайных процессов. Мо, Энергия, 1972, с. 333 (прототип).

.J