Устройство для определения временных характеристик случайных процессов Советский патент 1982 года по МПК G06G7/52 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к специализированным средствам «вычислительной техники,. предназначенным для а.ппаратурного определения характеристик случайных процессов.

Известно устройство для измерения временных характеристик случайных процессов, относящееся к классу временных статистических анализаторов, содержащее формирователи, преобразователь интервал - число, счетчики импульсов, триггер Ll.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для измерения временных характеристик случайных процессов, представляющее собой вариант наиболее распространенного временного многоканального анализатора, дополненного схемой Формирования интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов Обратное время возвращения и интервалов Прямое время возвращения, при этом Прямое время возвращения р определяется как длина интервала времени от фиксированного момента t, выбранного произвольно - без учета какой-либо информации об излучаемом случайном процессе до ближайшего следующего пересе2

чения. Обратное время возвращения обр определяется как длина интервала времени, измеренного назад от момента to до последнего момента пересечения, предшествующего моменту to.

Устройство позволяет измерять следующие характеристики случайных процессов: распределение длительностей выбросов (провалов, пересечений),

10 длительностей интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов Обратное время возвращения и интервалов Прямое время возвращения.

15

Устройство содержит формирователь выбросов, формирователь прямоугольных импульсов, преобразователь интервал число, адресный счетчик, п-выходовый де1Шфратор, п логических элементов и п счетчиков импульсов, первую и вторую дифлеренцируш-аие цепи, элемент задержки, генератор импульсов заполнения, (п-«-1)-й элемент И, селектор импульсов, триггер с раздельным

25 запуском, переключатель режима работ12. Недостатком известного устройства является невозможность измерения такой важной характеристики как функция корреляции длительностей выбросов случайных процессов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства за счет определения функции корреляции длительностей выбросов. Поставленная цель достигается тем что устройство для определения вре, характеристик случайных процессов, содержащее переключатель режима работ, состоящий из трех групп: контактов, адресный счетчик, вход сброса которого соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, а разрядные выходы через дешифратор подключены к первым входам элементов И группы, выходы соединены с соответствуюпщми счетчиками импуль сов -, а вторые входы элементов И груп пы объединены и подключены к выходу второй дифференцирующей цепи, формирователь выбросов, вход которого является входом устройства, а выход через формирователь прямоугольных импульсов соединен с входами преобра .зователя интервал - число, элемента задержки, первыми входами триггера и элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импуль сов заполнения, а выход соединен .с входом селектора импульсов, выход которого подключен к второму входу триггера, содержит дополнительный триггер, дополнительный элемент И, элемент ИЛИ, дополнительные счетчики импульсов, при этом каждая группа контактов переключателя режима работ состоит из пяти неподвижных и одного подвижного контактов, выход преобраз вателя интервал- число соединен с входом первого дополнительного счетчика импульсов,,с пятым неподвижным контактом третьей группы и с четырьм неподвижными контактами первой группы контактов переключателя режима работ , подвижный контакт котррой соединен со счетным входом адресного счетчика, выход которого подключен Квторому дополнительному счетчику импульсов, пятому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя режима работ и первому входу дополнительного триггера, выход которого соединен с первыми входами дополнительного элемента И и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного элемента -И, второй вход которого соединен с первым входом триггера, Вто рой вход дополнительного триггера подключен к выходу селектора импульсов, к четвертому неподвижному и третьему неподвижному контактам соответственно второй и третьей группы контактов переключателя режима работ втсэрой и четвертый неподвижные конта ты третьей группы контактов переключ теля режима работ объединены и соеди нены с выходом триггера, первый подвижный контакт этой группы соединен с входом второй дифференцирующей цепи, а пе|)вый неподвижный контакт третьей группы контактов объединен с третьим неподвижным контактом второй группы контактов переключателя 1режима работ и соединен с входом третьего дополнительного счетчика импульсов и выходом формирователя прямоугольных импульсов, первый и второй неподвижные контакты второй группы контактов объединены и подключены к ВЫХОДУ элемента задержки, подвижный контакт второй группы контактов соединен с входом первой дифференцирующей цепи, а лятый неподвижный контакт первой группы контактов переключателя режима работ подключен к выходу элемента ИЛИ. Известно, что для стационарных эргодических процессов имеет место соотношение ..u....Ui)i .де - математическое ожидание длительности произвольного выброса} - дисперсия длительности произвольного выброса; . математическое ожидание длительности i-ro выброса, следующего за выбросом, содержащим заданный момент времени t, f,- - коэффициент корреляции длительностей двух выбросов с опаздыванием 1. После несложных преобразований соотношение (1) принимает вид MCU, MCLoJ-M-tx ( ,.-;, (2 где Мt математическое .Ожидание длительности вы0роса, содержащего заданный (но произвольный) момент времени или с учетом того, что . MCm oLMC-W, где математическое ожидание длительности промежутка времени от момента to пропавшего внутрь выброса до конца этого выброса. .-тЙ - -- При определении корреляционной функции случайной эргодической последовательности выбросов по одной реализации формула (3) принимает вид Й где - среднее значение длительнос тей всех выбросов; W - среднее .значение длительнос тей промежутков времени меж ду моментами времени и( 1 2j ...), выбраннш независимо от исследуемого сигнала и попавшими внутрь выбросов, и концом соответствующих выбросов (или сред нее значение длительностей интервалбв Прямое время возвращения), Ц - среднее значение длительнос тей i-x выбросов, следующих за выбросами, содержащими моменты времени t. Таким образом, измерение корреляционной функции длительностей выбросов случайных процессов можно осуществить реализацией следующих oneраций: измерение средней длительности всех выбросов (величина X); форми рование последовательности стробирующих импульсов (в моменты времени t измерение средней длительности интер валов Прямое бремя возвращения (ве личина -W); измерение средней длитель ности i-ых выбросов, следующих за интервалами Прямое время возвращения (величина Ц) / определение значе ний ком еляционной функции по формуле (3). На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства/ на фиг. 2 и 3 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства. Устройство содержит формирователь 1 выбросов, формирователь 2 прямоугольных импульсов, преобразователь 3 интервал-число, адресный счетчик 4 дешифратор 5, группу элементов И 6 -6fff п счетчиков импульсов 7-,-7„, две дифференцирукидих цепи 8 и 9, эле мент 10 задержки, генератор 11 импульсов заполнения, элемент И 12, селектор 13 импульсов, два триггера 14 и 15 (с раздельным запуском), дополнительный элемент И 16, элемент ИЛИ 17, три дополнительных счетчика 18-20 импульсов, переключатель 21 ре ЯЕИма работ, индексами 22-39 обозначе ны контакты переключателя. Принцип работы описываемого устройства заключается в следующем. Пять положений переключателя 21 соответствуют измерениям следующих характеристик случайных процессов: распределение длительностей выбросов (провалов, пересечений), длительностей интервалов, содержащих- заданный момент времени, интервалов Обратное время возвращения, интервалов Прямое время возвращения, а также фун-. кция корреляции длительностей выбросов случайных процессов. В первых четырех режимах измерений устройство работает следующим образом. Исследуемый сигнал поступает на вход формирователя 1 выбросов. В последнем установлен заданный порог, относительно которого формируются имдульсы, длительности которых равны длительностям выбросов. f., Импульсы с выхода формирователя 1 выбросов подаются на вход формирова- . теля 2, который в зависимости от типа измеряемого интервала формирует прямоугольные импульсы,, длительностью равной, соответственно, длительностям выбросов, провалов или пересечений . Прямоугольный импульс длитель- ностью Т- с выхода формирователя 2 поступает на вход преобразователя 3 интервал - число и преобразуется в пакет импульсов, число т- которых пропорционально . Полученный пакет импульсов подается через контакты переключателя 21 на основной вход ащресного счетчика 4. Предварительно на вход сбора адресного счетчика 4 поступает с выхода дифференцирующей цепи 8 короткий импульс;: соответствующий спаду импульса, поступающего на вход дифференцирующей цепи 8, приводящий счетчик 4 в исходное состояние. . Число, зафиксированное в.адресном счетчике 4, пропорциональное длительности V , параллельным кодом подается на п-выходовый дешифратор 5 и определяет появление напряжения на соответствующем данному числу i., выходе дешифратора. Выходы п-выходового д ифратора 5 соединены с первыми входами группы элементов И f,, и напряжение на i выходе дешифратора 5 служит разрешаюшим для i-ro элемента И. На вторые входы элементов И поступает с выхода дифференцирующей цепи 9 короткий импульс, который соответствует спаду импульса, поступающего на вход дифференциру(ощей цепи 9, и совпадает с концом временного интервала, подлежащего измерению. Этот короткий импульс (импульс считывания) проходит на выход элемента И б , поскольку только на него подано разрешающее напряжение. Выходы элементов И группы соединены со входами счетчиков импульсов , и импульс с выхода элемента И б поступает соответственно на вход счетчика 7j импульсов. Таким образом происходит регистрация поступившего импульса соответственно его длительности в одном из . п счетчиков импульсов. При этом регистрируется длительность временного интервала между

импульсом сброса и импульсом считывания. Положение переключателя 21 определяет выбор импульсных последовательностей, служащих командами Сброс и Считывание.

При измерении распределения длительностей выбросов (провалов, первт сечений) контакт 28 замкнут на кон.тактЗЗ, а контакт 34 - на контакт 39.

При этом с выхода формирователя 2 импульсы через элемент 10 задержки и.контакты 28 и 33 подаются на вход дифференцирующей цепи 8, которая формирует сигнал Сброс.

Эти же импульсы с В1 1хода формирователя 2, но не задержанные, через контакты 34 и 39 подаются на вход дифференцирующей цепи 9, которая формирует сигнал Считывание. При этом измеряются длительности всех без исключения импульсов, заключенных между импульсом- Сброс и импульсом Считывание.

При измерении распределения длительностей интервалов, содержащих заданный момент времени, контакт 29 замкнут на контакт 33, а контак 35 на контакт 39.При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются импульсы с выхода формирователя 2 через элемент 10 задержки и контакты 29 и 33, а на вход дифференцирующей цепи 9 - импульсы, сформированные триггером 14 с раздельным запуском, при этом пуск триггера осуществляется стробирующим импульсом, поступающим на первий вход триггера 14 с выхода селектора 13 импульсов, Стробирующие импульсы формируются следующим образом. С выхода генератора 11 импульсов заполнения импульсы поступают на первый вход элемента И 12, на второй вход которого подаются импульсы с выхода формирователя 2..

Таким образом, импульсы,длительности которых равны дли тельностям временных интервалов - выбросов (провалов или пересечений), заполняются короткими импульсами, и пачки этих импульсов (фиг, 2в) с выхода элемента И 12 подаются на вход селектора 13 импульсов, на выход которого проходит лишь каждый К-й короткий импульс (фиг. 2г), являющийся стробирующим.

Остановка триггера 14 осуществляется спадом прямоугольного импульса, поступающего с выхода формирователя 2 на второй вход триггера 14, в которь1й попал стробирующий импульс. С вьахода дифференцирующей цепи 9 на входы группы элеиентов подается короткий импульс (считывания) в момент, соответствующий концу интервала, в который попал стробирующий импульс. При этом измеряются длительность лишь тех временных интервалов, в которые попадают стобирующие им пульсы (фиг. 2д).

При измерении распределения длительностей интервалов Обратное время возвращения контакт 30 замкнут на контакт 33, а контакт 36 - на контакт 39. При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются импульсы формирователя 2, а на вход диффе-

ренцирующей цепи 9 - с выхода селектора 13 импульсов, т.е. стробирующие импульсы в данном режиме являются считывающими. При этом измеряется временной интервал от начала выброса

(провала или пересечения) до стробирующего импульса (фиг. 2е).

При измерении распределения длительностей интервалов Прямое время возвращения контакт 31 замкнут

иа контакт 33, а контакт 37 - на контакт 39. При этом на вхой дифференцирующей цепи 8 подаются стробирующие импульсы с выхода селектора 13 импульсов , служащие в этом режиме сбросовыми, а на вход дифференцирующей цепи 9 - импульсы с выхода триггера 14. При этом измеряется временной интервал от стробирующего импульса до конца выброса (провала,

пересечения) (фиг. 2ж) .

- По окончании интервала измерений счётчик i-ro канала будет показывать

число h, общее число импульсов по и

всем каналам2ti-. Оценка плотности

(распределения длительностей выбросов определяется выргокением Ч t«:

Д. (5)

1--hi

В пятом режиме измерений попарно соединены следующие контакты переключателя 21: 26 и 27, 32 и 33, 38 и 39. 5 Устройство при этом работает следующим образом

В этом режиме так же, как и в описанных режимах,формируется серия стробирующих импульсов, которая снимается с выхода селектора 13 импульсов. Стробирующий импульс подается на вход триггера 15 и запускает его. Сигнал с выхода триггера через элемент ИЛИ 17 и контакты переключателя 26 и 27 поступает на вход адресного счетчика 4 и записывает в нем число 1. При этом на первом выходе дешифратора 5 появляется разрещающее напряжение, подающее на первый из п элементов И 6 |, группы.

На вторые входы п элементов И 6-,6п через контакты 38 и 39 и дифференцирующую цепь 9 поступают пачки импульсов с выхода преобразователя 3 интервал - число. При подаче на первый вход элемента И 6/) разрешающего

напряжения, импульсы с выхода преобразователя 3 начинают проходить на выход элемента И 6 и фиксироваться в счетчике 7 импульсов. I Одновременно сигнал с выхода тригтара 15 поступает на первый вход элемента И 16 и разрешает прйхождение

импульсов с выхода формирователя 2, которые поступают на второй вход элемента И 16. Импульсы проходят на выход элемента.И 16 и далее через элемент И 17 и контакты 26 и 27 на

вход адресного счетчика 4. Первый импульс, следующий за стробирующим, запишет в адресном счетчике 4 число 2, и соответственно разрешающее напряжение появится на втором выходе .п-выходового дешифратора 5. При этом импульсы с выхода преобразователя 3 начинают поступать через второй из п элементов И 6 на вход второго из п счетчиков импульсов 7 и так далее: (п-1)-й импульс, следующий за стробирующим., поступившим на вход адресного счетчика, запишет в нем число п и разрешит прохождение импульсов с выхода преобразователя 3 в, счетчик 7„ импульсов, п-ый импульс, поступивший на вход адресного счетчика 4, проходит на его дополнительный выход и далее на второй вход триггера с раздельным запуском и через контакты 32 и 33 и дифференцирующую цепь 8 на сбросовый вход адресного счетчика 4, переводя их в исходные состояния. При этом прекращается поступление импульсов на вход адресного счетчика 4. Этот цикл будет повторяться с поступлением каждого стообируюшего импульса. Пои этом число циклов фиксирует счетчик 20 импульсов.

На диаграмме (фиг. 3) приведены следующие серии импульсов: а - импульсы с выхода формирователя прямоугольных импульсов 2,6- пакеты импульсов с выхода преобразователя интервал-число 3, В - стробирующие импульсы, t - импульсы с выхода триггера 15 с раздельным запуском,д - 3 пакеты импульсов, регистрируемые соответственно первым, вторым, третьим и п-м счетчиками импульсов.

Таким образом, i-й из п счетчиков импульсов регистрирует суммарную длительность(i-1)-х выбросов, следующих за выбросами, содержащими стробирующие выбросы, а первый из п счетчиков импульсов регистрирует суммарную длительность интервалов Прямое время возвращения.

Общее число выбросов регистрирует счетчик 18 импульсов, подключенный на выход формирователя 2 прямоугольных выбросов, а счетчик 19 импульсов, подключенный на выход преобразователя 3, регистрирует суммарную длительность всех выбросов.

По показаниям счетчиков импульсов 18, 19 и 20 можно определить значение х , w, и,- , а при подстановке их в формулу (4) после несложных преобразований получим

II-..-N-HM ,

Pi -2 р7ГГн15Г(.2Л-,п-ч;. (ь)

где h- - показание счетчика импульсов 7 it ,

h-, - показание счетчика импульсов 7 ;

N - показание счетчика импульсов 18 ,

Н - показание счетчика импульсов 19,М - показание счетчика импульсов 20.

Таким образом использование в известном устройстве новых элементов (дополнительного триггера с раздель.25ным запуском, дополнительного элемента И, элемента ИЛИ, трех дополнительных счетчиков импульсов) и на личие новых связей между элементами позволяет расширить функции известного

30 устройства.

Изобретение, по сравнению с известным устройством,позволяет наряду с измеряемыми известным устройством характеристиками случайных

35 процессов измерить новую - функцию корреляции длительности импульсов.

Формула изобретения

40

Устройство для определения временных характеристик случайных процессов , содержащее переключатель режима работ, состоящий из трех групп кон

тактов, адресный счетчик, вход сброса которого соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, а разрядные выходы через дешифратор подключены к первым входам элементов И

группы, выходы которых соединены

с соответствующими счетчиками импульсов, а вторые входы элементов И группы объединены и подключены к выходу второй дифференцирующей цепи, формирователь выбросов, вход которого является .входом устройства, а выход через формирователь прямоугольных импульсов соединен с входами преобразователя интервал-число, элемента заержки , первыми входами триггера и элемента И, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов заполнения, а выход соединен с входом селектора импульсов, выход которого подключен к второму входу

триггера, отличающееся

тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения функции корреляции длительностей выбросов, оно содержит дополнительны триггер, дополнительный элемент И, элемент ИЛИ, дополнительные счетчики импульсов . при этом каждая группа контактов переключателя режима работ состоит из пяти неподвижных и одного подвижного контактов, выход преобразователя интервал - число соединен с входом первого дополнительного счетчика импульсов, с пятым, неподвижным контактом третьей группы и с четырьмя неподвижньн«1И контактами пер:вой группы контактов переключателя режима работ, подвижный контакт которой соединен со счетным входом адресного счетчика, выход которого подключен к второму дополнительному счетчику импульсов, пятому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя режима работ и :первому входу дополнительного триггера, выход которого соединен с первыми входами дополнительного элемента И и элемента ИЛИ, второй вход которого подклйзчен к.выходу дополнительного элемента И, второй вход которого соединен с первым входом триггера, второй вход дополнительного триггера подключен к выходу селектора имч пульсов, к четвертому неподвижному и третьему неподвижному контактам

соответственно второй и третьей группы контактов переключателя режима работ, второй и четвертый неподвижные контакты третьей группы контактов переключателя режима работ объеднены и соединены с выходом триггера, первый подвижный контакт этой группы соединен с входом второй дифференцирующей цепи, а первый неподвижный контакт третьей группы контактов объединен с третьим неподвижным контактом второй группы контактов переключателя режима работ и соединен с входом третьего дополнительного счетчика импульсов и выходом формирователя прямоугольных импульсов, первый и второй неподвижные контакты второй группы контактов объединены и подключены к выходу элемента задержки, подвижный контакт второй группы контактов соединен с входом первой дифференцируннцей цепи, а пятый .неподвижный контакт первой группы контактов переключателя режима работ подключен к выходу элемента ИЛИ. ,

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Миоский Г, Я, ArtnapaiypHoe определение характеристик случайных процессов, М., Энергия, 1972,

с. 413-423.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке 2562813/24,

кл. G Об F 15/36, 1978 (прототип).

ь

/W

.г

П-1 fl

. пп п пп

0ие,3

Г Z

Ol