Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов

Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ по ав.- св,№ 376783, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены интегратор, квадратор, вто .рой управляемый резистор, элемент аналоговой памяти и блок определения максимумов, информационный вход которого через второй управляемый резистор соединен с выходом квадратора , вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первый и второй выходи схемы управления соединены соответственно с первым и вторьм управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к управляющему входу элемента (Л аналоговой памяти, информационный вход которого соединен с выходом инерционного звена, выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.

„„SU„„12 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

<(sl) G 06 G 7/52

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

C (61) 376783 (21) 3654391/24-24 (22) 22.07.83 (46) 07.02.85. Бюл. ¹ 5 (72) А,П. Трифонов и А.К. Сенаторов (71) Воронежский политехнический ,институт и Воронежский ордена Ленина государственный университет им. Ленинского комсомола (53) 681.333(088.8),(56) 1. Авторское свидетельство СССР № 376783, кл. G 06 G 7/52, 1973 (прототип}. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СТАЦИОНАРНЫХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ по ав. св.№ 376783, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности, в него введены интегратор, квадратор, второй управляемый резистор, элемент аналоговой памяти и блок определения максимумов, информационный вход которого через второй управляемый резистор соединен с выходом квадратора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первый и второй выходМ схемы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к управляющему входу элемента аналоговой памяти, информационный вход которого соединен с выходом инерционного звена, выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.

1138812

Цель изобретения — повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем,,что в устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов введены интегратор, квадратор, второй управляемый резистор, элемент аналоговой памя.ти и блок определения максимумов, информационный вход которого через второй управляемый резистор соединен с выходом квадратора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первыи и второй входы схемы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к

50, 55

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для анализа сигналов, изменение которых носит случайный характер, например при

5 статистическом контроле, в приборах для выполнения -полезного сигнала на фоне помех, устройствах для обработки медико-биологической информации и т.д.

По основному авт. св. Ф 376783 известно устройство, содержащее инерционное звено с управляемым резистором, выполненйом на полевом транзисторе, и схему управления, в 15 состав которых входят два последовательно соединенных конденсатора, параллельно которым подключены резисторы, и два последовательно соединенных источника постоянного напряжения, общая точка которых подключена к общей точке конденсаторов, два других вывода которых соединены с управляющим входом управляемого резистора и подключены через 25 ключи к свободным зажимам источников напряжения jij .

Недостатком известного устройства является снижение точности измерения среднего значения случайного процесса при неизвестной длительности анализируемого случайного процесса (т.е. неизвестен момент спада-. ния среднего значения до нуля).

1 управляющему входу элемента аналоговой памяти, информационный вход кстсрого соединен с выходом инерционногo звена., выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.24 — диаграммы работы устройства..

Устройство содержит инерционное звено, состоящее из управляемого резистора 1 на полевом транзисторе и конденсатора 2, один из выводов которого соединен с управляемым резистором 1, а другой — с общей шиной входя устройства. Схема 3 управления соединена с управляющими входами резистора 1 и дополнительно введенного второго управляемого резистора 4 (выполненного, как и резистор 1, на полевом транзисторе).

Выход ключа 5 подключен к выходу интегратора 6, Выход интегратора соединен с входом квадратора 7, выход которого соединен с вторым управляемым резистором 4. Выход ре зистора 4 подключен к входу блока 8 определения максимумов. Выход блока 8 определения максимумов соединен с вторым входом элемента 9 аналоговой памяти, первый вход которого подключен к конденсатору 2. Пусковые входы схемы 3 управления элемента 9 аналоговой памяти, блока 8 определения максимумов и ключа 5 подключены к цепи Пуск .

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии входной ключ 5 предлагаемого устройства разомкнут и сопротивление упраьляемогo резистора i, регулируемого схемой

3 управления, минимально. В момент, когда необходимо начать вычисление среднего значения случайного процесса

x(t), импульс Запуска замыкает входной ключ 5 и одновременно запускает схему 3 управления, элемент 9 аналоговой памяти и блок 8 определения максимумов. Случайный процесс х(Г) на входе устройства представляет собой случайный процесс с неизвестным средним значением Uo, которое в неизвестный момент времени с спа0 дает до нуля. В режиме вычисления среднего значения схема 3 управления обеспечивает линейное нарастание сопротивления резистора 1. Общее

3 время Т)линейного изменения сопротивления от К,„ до Б.„,,„ не превым и,.) шает временной интервал всзможных значений момента t . При этом на конденсаторе 2 образуется напряжение U, равное

11388

U (ь) = x(t)dt, 0

25 где Оа ь с с. Напряжение U (, попадает г . хх, 10 на первый вход элемента 9 аналоговой памяти, на второй вход которого поступает информационный сигнал с выхода блока 8 определения максимумов, характеризующий длительность измеряемого среднего значения.

Рассмо-.рим формирование этого сигнала блоками 6,7,4 и 8. В момент замыкания ключа 5 интегратор 6 (характеризующийся большой постоянной времени интегрирования) формирует на своем выходе сигнал U„= J x(t)dt, о который поступает на вход интегратора 7. С выхода квадратора преоб). г рааонгIHHhtA сигнал ((х(С) ос) ноступает на управляемый блоком 3 резистор 4, который с линейно изменяющимся сопротивлением формирует выс ханной согнал М(н) = ()хго)ЙС), о абсолютный максимум которого достигается в момент времени, соответствующий спаданию измеряемого сред- 35 него значения до нуля. Как следует из теории потенциальной помехоустойчивости, временное положение абсолютного максимума M(v) соответствует оценке максимального правдо- 40 подобия момента времени t0. Если пренебречь флуктуациями проинтегрированного случайного процесса, то положение абсолютного максимума И(ь) соответствует моменту с . Далее 45 блок 8 определения максимумов выявляет временное положение абсолютного максимума t< в интервале (0,71, p) t и подает со своегo BbIxojIcL соответствующий информационный сигнал на i0 второй вход элемента 9 аналоговой памяти. Последний формирует отсчет сигнала на конденсаторе 2 в момент .Амплитуда этого отсчета определяет неиз. вестное среднее значение анализиру- 55 емого случайного процесса.

На фиг. 2а. приведена зависимость измеряемого среднего значения процес12 4 са от времени на входе устройства.

Если пренебречь флуктуирующей составляющей случайного процесса, то сигнал на первом входе элемента 9 аналоговой памяти, совпадающий с выходным сигналом известного устройства имеет вид, показанный на фиг 26. На фиг. 2a приведена зависимость дисперсии (б ) флуктуаций сигнала от времени на первом входе элемента 9 аналоговой памяти. Как следует из фиг. 2а, среднее значение измеряемого случайного процесса в неизвестный момент времени tz скачком изменяется до нуля. В результате измерений возникает ряд погрешностей (фиг. 2б,в), В известном устройстве за среднее значение принимается величина его выходного напряжения, напряжение на входе блока 9 предлагаемого устройства (фиг, 26)

U =j x(t)dt/ ь в .некоторые моменты

С D времени t (слева от t ) или t" (спра0 ва от t ), поскольку значение t, априори неизвестно. Обозначим Я = — (t — t )/t — относительная поь о грешность времени отсчета в известном устройстве и о — относительная о среднеквадратичная погрешность измерения среднего значения предлагаемым устройством. Тогда выигрьпп в точности измерения среднего значения случайного процесса конечной длительности, обеспечиваемый предлагаемым устройством, описывается формулой

1/(1+ ), если с=с, т. е. Ь 0 /о, (1+ ), если t=t, т. е.f) О, где и — относительная среднеквадрагтичная погрешность измерения среднего значения известным устройством.

На фиг. 3 приведены кривые, описывающие выигрыш в точности оценки среднего значения случайного процесса при использовании предлагаемого устройства. При Е ) 0 выигрьпп ( рассчйтан для значений о =5, 10 и 20Х. Анализ кривых показывает, что чем ниже относительная среднеквадратичная погрешность измерения среднего значения предлагаемым устройством и ниже значение Я, тем быстрее растет обеспечиваемый предлагаемым устройством выигрыш по сравнению с известным. Приведенные расчетные соотношения и построенные графики

1138812

45 позволяют количественно оценить этот выигрыш, так при а = 207 и Е =-=

503 величина $ = 5 дБ; снижение о„ до 5Х и Р до 207. обеспечивает увеличение до 10 дБ.

Выигрыш в точности измерения среднего значения предлагаемым устройством и е о cущественные чия обеспечиваются дополнительно введенными интегратором, квадраторам, управляемым резисторам, блоком определения максимуман, элементом аналоговой памяти. Совокупность этих блоков определяет момент t скачкообразного изменения среднего зна- 15 чения случайнога процесса. Поэтому амплитуда импульса на выходе стро— бирующего устройства равна значению напряжения Ус в момент времени близкий к с, Когда отсчет вы- 20

М а хаднаго напряжения в известном устройстве производится н момент времени t c t (фиг, 26) выигрыш н точ1 а в ности измерения объясняется тем, чта увеличение времени интегрирова1 ния ат t да с (если Са известно) в предлагаемом устройстве приводит к более эффективному подавлению флуктуаций измеряемого случайного процесса (фиг. 2). Когда отсчет выход- 30 нага. напряжения -в известном устройстве производится в момент t >t (фиг 26), подавление флуктуаций более эффективно, чем при отсчете в момент, указанный на фиг. 2а. Однако, как следует из фиг. 26, при этом возникает существенная систе11 матическая ошибка У -U j, которая возрастает, с увеличением разности

il о,40

Таким образом, максимальная точность измерения срецнего значения случайного процесса достигается, если отсчет напряжения на выходе известнога устройства производить в момент времени t . Предлагаемое а устройство, измеряя момент времени существенно повышает точность измерения среднего значения.

СИГНаЛ М(ь1,) На ВЫХОДЕ ДОПОЛНИтельно введенного управляемого резистора 7 в предлагаемом устройстве (при пренебрежении флуктуациями) имеет вид, показанный на фиг. 4.

Этот сигнал всегда достигает максимума в момент времени to. Наличие флуктуаций несколько смещает положение максимума выходного сигнала блока 7 в -точку t, близкую к tä.

Блок 8 определения максимумов, оп ределяя t< и управляя элементом 9 аналоговой памяти, обеспечивает получение на выходе предлагаемого устройства (на выходе элемента 9) отсчета напряжения U,. в точке тем более близкой к г, чем больше ) UOI u t . В результате достигается выигрыш в точности измерения среднего значения, показанный на фиг. 3, Техническая сущность изобретения состоит в реализапии высокой точности измерения среднего значения случайного процесса, когда неизвестна ега длительность °

Измерение предлагаемым устройством среднего значения случайного процесса, когда неизвестна его длительность, осуществляется с помощью операций интегрирования, возведения в квадрат, линейного изменения сопротивления, поиска местоположения экстремума и стробиравания амплитуды сигнала, что обеспечивается дополнительным введением интегратора, квадратора, управляемого резистора, блока определения максимумов, элемента аналоговой памяти и соответствующих связей.

Предлагаемое устройство может найти применение при статистическом контроле случайных процессов конечной длительности и в устройствах для выделения полезных сигналов на фоне помех, позноляя обеспечить измерение среднего значения случайнога процесса с точностью, близкой к потенциальной возможной.

Предлагаемое устройство может быть реализовано с помощью стандартных блоков измерительной аппаратуры.

B частности, схемы управления и управляемых резисторов могут быть выполнены на основе операционных усилителей, один из которых включается в режим интегратора с постоянным конденсатором в цепи обратной связи с управляемым резистором во входной цепи.

1138812

1138812 ю%

Составитель А. Сенаторов

Техред А.Бабинец Корректор Г. Огар

Редактор А. Козориз

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 10690/38 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР о делам изобретений и открытий

11303S, Москва, Ж-35, Раушская на5., д, 4/5