Анализатор случайных процессов

О П И С А Н И 3.

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №вЂ”

Ч Кi. G 06g 7!52 с присоединением заявки №вЂ”

Приоритет—

Опубликовано 17ЛХ.1973. Бюллетень ¹ 37

Дата опубликования оп .c;:tèÿ 28Л11.!273

Государственный квинтет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий

УДК 681.3.519.2 (088.8) Авторы изобретения В. В. Губарев, Ю. А. Лупенко, Ю. К. Постоенко и И. М. Шмерлин

Новосибирский электротехнический институт

Заявитель

АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

Изобретение относится к измерительной и вычислительной те нике. Устройство может быть использовано для нахождения оценок оазличных вероятностных характеристик стационарных на интервале анализа эргодических по отношению к оцениваемой характеристике случайных процессов, а именно — оценок .математических ожиданий, дисперсий, одномерных и двумерных дифференциальных и интегральных законов распределения, автои взаимных корреляционных функций, спект ральных плотностей мощности и т. п. Вид оцениваемых характеристик определяется конструкцией блока вычислений анализатора.

Известны анализаторы случайных процессов со вводом данных непосредственно от датчиков, позволяющие находить оценки вероятностных характеристик стационарных эргодических случайных процессов при постоянном диапазоче изменения амплитуд сигналов на входе.

При использовании известных анализаторов необходимо вручную согласовывать диапазон изменения амплитуд исследуемых сигна лов со входным диапазоном анализатора.

Результатом ручного согласования может явиться неполное задействование входной шкалы анализатора либо превышение ее. В обоих случаях погрешности вычисления оценок вероятностных характеристик могут увеличиться по сравнению с режимом, когда входная шкала идеально полно и точно задействована.

Кроме того, при ручном согласовании эта вспомогательная операция отнимает много времени.

Отсутствие автоматического центрирования в анализаторах, особенно в анализаторах законов распределения, также приводит к не о полному задействованию входной шкалы.

Цель изобретения — повышение точности анализа и упрощение работы с анализатором, т. е. автоматизация вспомогательных операций по согласованию диапазона измене гпя входного сигнала со входным диапазоном вы числительного блока и центрированию.

Предл"-гагмый анализатор отличается тем, что на каждом пз двух его входов включено по устройству автоматической стабилизации

20 диапазона изменения амплитуд сигналов с индикацией коэффициента передачи, в цепь обратной связи каждого из которых включен интегрирующий усилитель (интегратор) .

Такое выполнение анализатора позволяет расширить обла:ть его использования, повысить точность анализа и упростить работу с ним. Это обусловлено тем, что добавленные устройства автоматически усиливают исследуемый сигнал pOBho до входной шкалы вычислительного блока незавпси»о (в пределах

naggy конструктивных возможностей анализатора) от диапазона изменения амплитуд сигнала, автоматически индицпруют полученный при этом коэффициент передачи сигнала, автоматически центрируют сигнал, поступающий па вход вычислительного блока. Иными словами, добавленные устройства автоматически согласуют шкалу ситпала со шкалой вычислительного блока анализатора, выполняя при этом центрирование.

На чертеже изображена блок-схема анализатора случайных процессов.

Первое устройство стабилизации амплитудного диапазона 1 с интегратором (интегрирующим усилителем) 2 в цепи ооратной связи подключено к одному из входоз вычислительного блока 8, к другому входу которого подключено второе устройство стабилизации

4 со вторым интегратором (интегрирующим усилителем) 5 в цепи ооратной связ:,i. Ко входам устройств стабилизации 1 и 4 подсоединены соответственно схемы суммирозапия би7.

Входные сигналы подаются на сусчмирующие входы устройств стабилизации 1 и 4. Выходом анализатора является выход вычислительного блока 8.

Работает данный анализатор следующим ооразом.

Исследуемые сигналы x(t) и y(t) подаются на суммирующие входы схем суммирования

6 и 7 соответственно. На второй вход каждой из них поступает выходной сигнал соответствующего интегратора 2 или 5. Входы интеграторов подключены к выходам устройств стабилизации, которые подключены ко входам вычислительного блока 8.

Устройства 1, 4 и интеграторы 2, 5 работают аналогично.

Устройство стаоилизации работает следующим образом, Пусть (— А; А) — входная шкала вычисли тельного блока 8 по каждому входу (максимальный воспринимаемый диапазон изменения амплитуд сигнала на входе блока 8); U(t) и Г(/) — сигналы на выходах устройств 1, 4; (Р,; Р ) — заданный заранее интервал значений вероятности выхода сигнала U(t) Il чи

Ъ (l) за диапазон (— А; А), обеспечивающий получение оценок вероятностных характеристик в блоке 8 с заданной точностью;

P« (t) = Р" (U(t) ) А — определяемое в устройстве 1 значение оценок вероятности выхода U(t) за диапазон (— А; А).

Тогда алгоритм работы устройства стабилизации диапазона 1 имеет следующий вид:

1) устройство 1 увеличивает свой коэффициент передачи К, если Р,"" Я<Р, 2) устройство 1 уменьшает свой коэффи циент передачи К, если Р„"(t))P )P

3) устройство 1 стабилизирует свой коэффициент передачи К (поддерживает его на полученном к концу отработки сигнала У® уровне), если Р <Р"Я«Р, для всех t, превышающих интервал отработки коэффицие:<та К.

Все эти операции происходят автоматически. Получаемый в процессе и по окончании отработки коэффициент К автоматически индицируется в устройстве. Это позволяет, зная значения А и К, определить вероятный диапаЛ Л зон сигнала x(t), т. е. диапазон

К К

10 в котором амплитуды сингала x(t) лежат с вероятностью

Рх - (1 Р2 1 Р1).

J(О

Т

1 -, — j o g

1 11 + РиТ.К„)

1((jоз) .=

1 — /и Т„К„+ КК„Ки со

3О где Т„ — постоянная времени интегратора, а К. — коэффициент передачи разомкнутого усилителя интегратора. Как следует из форм . л ы, дл я = О

ЫО) = — „— О,К ро), — К, для а О.

ʄʄ— -o ки

Следовательно, при больших Ки система «уст4О ройство стабилизации — интегратор» пр акти чески не передает нулевую и близкие к ней частоты, передавая почти идеально все друг;te частотные составляющие обраоатываемого сигнала, т. е. практически идеально центри45,,„., „U(t)

При этом на выходе интегратора появляется оценка пг (t) математического ожидания входного сигнала х®, но с противопочожным знаком, так как для выходного сигнала интегратора передаточная функция по отношению ко входному сигналу имеет вид

К,(1со)

Т и >. и

Из приведенных формул, следует, что дрейф нуля устройства стабилизации диапазона влияет лишь на точность нахождения оценок математического ожидания на выходе интегратора.

Таким образом, спустя общее время одновременной отработки коэффициента К и центрирования сигнал У® на выходе устройства

1 появляется без постоянной составляющей

Одновременно с отработкой, т. е, с отра боткой системы неравенств Р, <Р„" (1) <Р,, происходит центрирование Ь (t), потом что в диапазоне частот, занимаемых обрабатываемыми сигналами, система «устройство стаби20 лизацип диапазона — интегрирующий усил:гтель» при постоянном коэффициенте К устройства стабилизации имеет частотную характеристику

397934

Предмет изооретення

Составитель Э. Сечина

Текред Т. Курилко

Корректор В. Жолудсва

Редактор Н. Синицына

Заказ 748/2457 Изд. ¹ 989 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» (в предела.;- погрешностей), а его амплиту .ы лежат в постоянном диапазоне (— А; Л) с вероятностью выхода на диапазон Ра(РО Р„).

Оценка же математического ожидания входного сигнала может быть сосчитана с выхода интегратора.

Следовательно при любом диапазоне обраоатываемого сигнала аппаратурная погрешность, вносимая вычислительным блоком, постоянна, а сигнал 0 (t) центрируется. Нетрудно убедиться, что если обрабатываемый сигнал x(t) или y(t) имеет однобокий закон распределения, то центрирование, создавая з;змо>кность непосредственного вычисления оценок корреляционных функций, увеличивает число значимых точек оценок законов распределения.

По окончании отраоотки сигнала /. (/) вычислительный блок находит оценки зероятностных характеристик обычным ооразом.

Отметим также, что интегратор необходим не голbêо (и даже Hå cтолько) для центри,звания, а з большей степени для создания ..загисимо от К наиболее полного задействования входной шкалы f — А; А) вычислительного блока, находящего оценки законов распределения и корреляционных финкций. Если бы интегратора не было, то при наличии постоянной состазляющей т, 3 сигнале х(/), осооен;;о когда т,.))) (I(t) — лг„. (, а К )) 1, диапазон изменения L, (t) был очень MB>I даже при выпол.!е ии услозня Р (j У® ) А (Р,; Р ).

Име",о одновременное введение устрой ства стабилизации, работающего по указанному выше алгоритму, и интегратора обеспечивает наилучшее задействование шкалы (— Л;

Л), когда треоуется находить оценки законов распределения и корреляционных функ циЙ

10 без дополнительного центрирования в вычислительном устройстве.

15 Анализатор случайных процессов, содержащий вычислительный блок, отличи(отцийс.ч тем, что, с целью повышения точности анализа и упрощения работы, он разделен на два канала, каждый из которых содержит схему

20 суммирования, первьш вход которой подключен к соответствующему входу анализатора, а выход через устройство автоматической стаоилпзацип диапазона изме:!ения амплитуд— ко входу интегратора, выход которого соеди25 нен со вторь1м входом c åìû суммирования сзоего канала, а выход устройства автоматической стабилизации диапазона изменения амплитуд д каждого канала подключен и соответствующему входу вычислительного блока.