Устройство для оценки отношения корреляционных моментов

Устройство для оценки отношения корреляционных моментов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ОТНОШЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ МОМЕНТОВ, содержащее цервьм сумматор, первьй многозвенный фильтр т-го порядка, вход которого объединен с входом первого многозвенного фильтра g-ro порядка и является первым входом устройства, выход первого многозвенного фильтра т-го порядка соединен с первым входом второго сумматора, выход первого многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом первого ключа, управлякяций вход которого объединен с управляющим входом второго ключа, входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульс ного модулятора, вход которого подключен к выхор;у первого интегратора, вход которого подключен .к выходу третьего сумматора, второй многозвенный фильтр га-го порядка, вход которого объединен с входом второго многозвенного фильтра g-ro порядка и является вторым входом устройства, выход второго многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом второго ключа, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности, в него введены два квадратора, четыре элемента НЕ, четыре блока усреднения, четыре коммутатора и генератор тактовых импульсов , выход которого соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, первьй информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора и подключен к входу второго многозвенного фильтра g-ro порядка, выход первого коммута (Л тора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого блока у среднения, вход которого подключен к выходу первого ключа, выход второго U сумматора через первый квадратор соединен с входами второго элемента НЕ и первым информационным входом О) второго коммутатора, второй информа4ib ционный вход которого подключен к vj .выходу второго элемента НЕ, выход L второго коммутатора через второй ;блок усреднения подключен к первому входу третьего сумматора,выход второго ключа через третий блок усреднения подключен к первому йходу первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего коммутатора , первый информационньй вход которого подключен к выходу третьего элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом треть-: его коммутатора и подключен к входу

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) G 06 G 7/19

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3684093/24-24 (22) 02,01 .84 (46) 30.06.85. Бюл. 24 (72) А.Ф, Гришков, В.А. Писков, С.П. Рыбинский и А.В. Маргелов (53) 621.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 559249, кл. G 06 G 7/19, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 679995, кл. С 06 С 7/19, 1976 (прототип).

3. Коган Б,Я. Электронные моделируюп;ие устройства и их применение для исследования систем автоматического регулирования. M. "Ф-M" 1963. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ ОТНОШЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ МОМЕНТОВ, содержащее первый сумматор, первый многозвенный фильтр ш го порядка, вход которого объединен с входом первого многозвенного фильтра g ãо порядка и является первым входом устройства, выход первого многозвенного фильтра ш-го порядка соединен с первым входом второго сумматора, выход первого многозвенного фильтра g-го порядка соеди-, нен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого объединен с управляющим .входом второго ключа, входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульс ного модулятора, вход которого подключен к выходу первого интегратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, второй многозвенный фильтр ш-го порядка, вход которого объединен с входом второго многозвенного фильтра g-го порядка и является вторым входом устройства, выход второго многозвенного фильтра

ÄÄSUÄÄ 1164741 А ц-го порядка соединен с информационным входом второго ключа, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два квацратора, четыре элемента НЕ, четыре блока усреднения, четыре коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента HE вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора и подключен к входу второго многозвенного фильтра

g-го порядка, выход первого коммутатора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого блока усреднения, вход которого подключен к вьмоду первого ключа, выход второго сумматора через первый квадратор соединен с входами второго элемента

HE и первым информационным входом второго коммутатора, второй информационный вход которого подключен к .выходу второго элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй блок усреднения подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго ключа через третий блок усреднения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого подкгпочен к выходу третьего коммутатора, первый информационный вход которого подключен к выходу третьего элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационньм входом треть-. его коммутатора и подключен к входу

1164741 первого многозвенного фильтра g-ro порядка, выход первого многозвенного фильтра, m-ro порядка через четвертый элемент НЕ подключен к третьему входу первого сумматора, выход которого через второй квадратор соединен с первым информационным входом четверИзобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для оценки отношения моментов различных порядков нормированной взаимно корреля5. ционной функции двух случайных .процессов, представленных в аналоговой форме.

Известно устройство для.определения корреляционных характеристик случайного процесса, содержащее многвзвенные фильтры m-ro u g-ro.порядков, входы которых объединены и являются входом устройства, инвертор, ключ, сумматор, первый вход которого соеди.- 15 нен с выходом многозвенного. фильтра

m-го порядка, а выход многозвенного фильтра g-го порядка через последова-тельно соединенные ключ и инвертор соединен с вторым входом сумматора, блок умножения, входы которого подключены соответственно к входу устрой ства и к выходу .сумматора, а выход через последовательно соединенные блок. усреднения и широтно-импульсный модулятор подключен к управляющему входу ключа и к входу блока регистрации Щ .

Это устройство не. позволяет оценивать отношения двух моментов различных порядков нормированной взаимно корреляционной функции двух случайных процессов y(t) и x(t).

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для оценки отношения корре

;ляционных моментов, содержащее многозвенные фильтры ш-ro и g-го порядков входы первых многозвенных фильтров ш-го и g-го порядков объединены и яв40 ляются первым входом устройства, а входы вторых многозвенных фильтров ш-ro u g-ro порядков объединены и явтого коммутатора и входом пятого элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным входом четвертого коммутатора, выход которого через четвертый блок усреднения подклю чен к второму входу третьего сумматора. ляются вторым входом устройства, выходы первого многозвенного фильтра

g-ro порядка через первый ключ и блок вычитания соединен с вторым входом первого. сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого многозвенного фильтра m-го порядка, выход второго многозвенного фильтра .

g-ro порядка через второй ключ соединен с вторым входом второго сумматора, первый вход которого соединен . с выходом второго многозвенного фильтра m-ro Порядка, первый блок умножения, входы которого соединены соответственно с вторым входом устройст-. ва и с выходом первого сумматора, а выход - с первым входом третьего сумматора, второй-блок умножения, входы которого соединены соответственно с первым входом устройства, и с выходом второго сумматора, а выход — с вторым входом третьего сумматора, выход которого через последовательно соединенные интегратор и широтно-импульсный модулятор соединен с управлянж1ими входами ключей и входом блока регистрации P2) .

Известное устройство позволяет оценивать отношение двух моментов различных порядков нормированной взаимно корреляционной функции двух случайных процессов. Однако оно имеет недостаточную точность и конструктивно сложно в изготовлении, так как содержит в своем составе конструктивно сложные блоки умножения 3, соб.— ранные на операционных усилителях.

Кроме того, накопленная аппаратурная погрешность на выходах блоков умножения за счет дрейфа нуля усилителей, температурной нестабильности и т.д., приводит к снижению точности установз 164741 4

45 ки длительности импульсов на выходе широтно-импульсного модулятора, а тем самым к снижению точности оценки отношения двух моментов различных порядков нормированной взаимно корреляционной функции двух случайных процессов. Для повышения точности необходимо обеспечить ицентичность характеристик каналов (блоков умно.жения), а невыполнение .этого требования ведет к снижению точности устройства .

Цель изобретения — повышение точности измерения и упрощение устройства; !

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый сумматор, первый многозвенный фильтр m-ro порядка, вход которого объединен с входом первого многозвен.ного фильтра g-ro порядка и является первым входом устройства, выход первого многозвенного фильтра m-ro порядка соединен с первым входом второго сумматора, выход первого многозвенного фильтра g-ro порядка соединен с информационным входом первого ключа, управляющий вход которого объединен с управляющим входом второго ключа, входом блока регист- З0 рации и подключен к выходу широтноимпульсного модулятора, вход которого подключен к выхоцу первого интегратора, вход которого подключен к выходу третьего сумматора, второй многозвенный фильтр m-го порядка, вход которого объединен с входом второго многозвенного фильтра g-ro порядка и является вторым входом устройства, выход второго многозвен- 40 ного фильтра g-rо порядка соединен с информационным входом второго ключа, введены два квадратора, четыре элемента НЕ, четыре блока усреднения, четыре коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора 50 подключен к выходу первого элемента

НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатора и подключен к входу второго многозвенного фильтра @-го порядка, 55 выход первого коммутатора соединен с вторым входом второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу первого блока усреднения, вход которого подключен к выходу первого ключа, выход второго сумматора через первый квадратор соединен с входами второго элемента НЕ и первым информационным входом второго коммутатора, второй инфорМационный вход которого подключен к выходу второго элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй блок усред— нения подключен к первому входу третьего сумматора, выход второго ключа через третий блок усреднения подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого поцключен к.выходу третьего коммутатора, первый информационный вход которого подключен к выходу третьего элемента НЕ, вход которого соединен с вторым информационным входом треть- его коммутатора и подключен к входу первого многозвенного фильтра g ão порядка, выход первого многозвенного фильтра m-ro порядка через четвертый элемент НЕ подключен к третьему входу первого сумматора, выход которого через второй квадратор соединен с первым информационным входом четвер того коммутатора и входом пятого

:элемента HE выход которого соединен с вторым информационным входом четвертого коммутатора, выход которого через четвертый блок усреднения подключен к второму входу третьего сумматора.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства для оценки отношения корреляционных моментов.

Устройство содержит многоэвенные фильтры m-го порядка 1.1 и 1.2, импульсная переходная характеристика которых равна

-т n-t

Н (Т) = — ь Х Е вЂ” (— ") (1) т ок!т .;многозвенные фильтры g-ro порядка 2. 1 и 2.2,импульсная переходная характерис. тика которых равна где Т вЂ” постоянная времени каждого звена; и — 1,2. ° . — количество звеньев;

m — 0,1,2... - порядок оценивания моментов, 1164741 элементы HE 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 и 3.5,, ключи 4.1 и 4.2, блоки усреднения

5.1у 5.2, 5.3 и 5,4, коммутаторы 6.1, 6.2, 6.S и 6.4, сумматоры 7.1, 7.2 и 7.3, квадраторы 8.1 и 8.2, интегра-, тор 9, широтно-импульсный .модулятор

10, генератор 11 тактовых импульсов и блок 12 регистрации, входы много- звенных фильтров в-го и g-I o поряд- 10 ков 1.1 и 2.1: соответствующий инфор" мационный вход коммутатора 6,3 и вход элемента НЕ 3.2 объединены и являются первым входом устройства, а входы многозвенных фильтров 1.2 и 2.2 m-го 15 и g ãî порядков, соответствующий ин-, формационный вход коммутатора 6.1 и вход элемента НЕ 3.1 объединены и являются вторым входом устройства, выход многозвенного фильтра 1. 1 m-го 20 порядка соединен с первым входом сумматора 7.1, второй вход которого соединен с выходом коммутатора 6.1, а выход многозвенного фильтра 1.2

m-го порядка через элемент НЕ 3,4 25 соединен с соответствующим входом сумматора 7.2, другой вход которого соединен с выходом коммутатора 6.2, выход многозвенного фильтра 2.1 m-го порядка через последовательно соединенные ключ 4.1 и блок 5. 1 усреднения соединен с третьим входом сумматора

7.1, а выход многозвенного фильтра

2.2 g-го порядка через последовательно соединенные ключ 4.2 и блок 5.3 усреднения соединен с соответствующим входом сумматора 7.2, вход квадрато.ра 8. 1 соединен с выходом сумматора

7.1, а его выход — непосредственно с первым информационным входом .и че- 4О рез инвертор 3.2 с вторым информа! ционным. входом коммутатора 6 ° 2, выход которого через блок усреднения 5.2 соединен с пеовым входом сумматора

7.3; вход квадратора 8.2 соединен 45 с выходом сумматора 7.2, а его вы-.. ход — непосредственно с первым информационным входом и через элемент .3.5 с вторым информационным входом коммутатора 6. 4, выход которого через блок 5.4 усреднения соединен с вторым вх дом сумматора 7.3, выход которого через последовательно соединенные интегратор 9 и широтноимпульсный модулятор 10 соединен с управляющими входами ключей 4.1 и

4 ° 2 и входом блока 12 регистрации, выход генератора . 11 тактовых импульсов подключен к управляющим входам к эммутл тора 6. l, 6. 2

6.3 и 6.4.

Устройство работает следующим образом, При подаче на входы устройства

Чентрированных случайных процессов

Ф

x(t) H y(t) на входе фильтра многозвенного 1. 1 m-го порядка формируется сигнал

v, = ) н(",,)x(e.-v) Л2 (3)

) о а на выходе многозвенного фильтра

1.2 m-ro порядка сигнал

v, = J н(Йу(с- )Ю (4) о на выходе мно гоз венного фильтра 2. 1

g-го порядка сигнал

v, =: j н(e)I(r.-cgdz о а на выходе многозвенного фильтра

2.2 g-го порядка сигнал

С

v = J G(e)y(t- d". о (6) На выходах блоков усреднения

5.1 и 5.3 соответственно будем иметь сигналы

Я (t) I G(7) x(t )3 i; (7) о о U6 = g(t)J С(2) y(t >)d<., (8) о где () — коммутационная функция ключей 4.1 и 4.2, равная

А во время замкнутого ключа и равная -А во время T0 — Г открытого ключа;

Тд — период импульсов широтноимпульсного модулятора 10;

А — постоянная величина.

При нахождении коммутаторов 6.1, 6.2., 6.3 и 6.4 в положении как показано на чертеже на выходе сумматора

7.1 будет сигнал

U, = (U„- U ) + y(t), (9) На выходе квадратора 8. 1 и входе блока 5.2 усреднения сигнал а на выходе сумматора 7.2 сигнал

1 Фээ 3"

U — -U, (-1) -U (-1) -x(t) (10)

gn g+< где (-1) и (-1) " веса соответственно по первому и второму входам сумматора 7.2.

1164741 (13) 15

U = Г(Ц„-П,) + у()) (11) на выходе квадратора 8.2

3».»

U„= (-U, (-1) -U (-1) — x(t)) (12) и на входе блока 5.4 усреднения сигнал (-U ).

При нахождении коммутаторов 6.1, 6.2, 6.3 и 6.4 в положении, противо-. положном показанному на чертеже, на выходе сумматора 7.1 будем иметь сигнал

1(U7 = (UQ - U5) — у(), 1(3Ф»

Ug = -Uz(-1) -U (-1) +x(t), (14}

20 на выходе квадратора 8,1

U+ = p(U< -У5). — y(t)j, (15) а на выходе блока 5.2 усреднения сиг- 5

)( нал (-U ), на выходе квадратора 8.2 и входе блока 5.4 усреднения

Ф п л 1", (16) qo = t-U (-1) =U (-1) +х () >

Генератор тактовых импульсов, осу- ществляя принцип временного разделения, позволяет получить на входе блока 5.2 усреднения переменный сигнал, имеющий форму меандра, амплиту- 35 да положительных импульсов которого

t л равна U, a отрицательных (-Бэ), а на выходе блока 5,4 усреднения— переменный сигнал, также имеющий форму меандра, амплитуда положительнЫх 40 импульсов которого равна U а отри(l

»о (-U»o)

На выходе блока 5.2 усреднения

5.3 с учетом выражений (3), (7), (13) и (15), будем иметь. сигнал, 45

v,„=v(J s(t)x(t-Ъ)42- q (v) f а() о о

%(r.- Ь) ) y(r)., а на выходе блока 5.4 усреднения

))) (m

П» = 1. E(-1) 1 Н(1 =)у(т- )

+» о о

-(i),q(t)J a(C)y(v )д()х(с). ()S)

55 на выходе сумматора 7.3 будем иметь сигнал

UÄ = ц» + U»å i (19) а на выходе интегратора 9 сигнал .U„» пропорциональный оценке математического ожидания суммы сигналов

U«. U,, под действием которого широтно-импульсный модулятор 10 изменяет длительность импульсов до тех пор, пока математическое ожидание сигналов U«,+. U» не станет равным нулю, т.е. U

Б»»(= О) с учетом выражений (1) (2), (17) и (18) получим

P (J Õ (" ((Z (а} =

)=- Г,.(=М где „вЂ” нормированная взаимно корреляционная функция случайных сигналов y(t) и x(t) .

В качестве оценки отношения моментов взаимно корреляционных функций исследуемых процессов принимается относительная длительность импульсов широтно-импульсного модулятора 10,измеряемая блоком 12 регистрации.

Точность устройства обеспечивается за счет применения компенсационного метода измерения оценки математического ожидания и может быть определена с высокой точностью.

Кроме того, точность оценки математического ожидания на выходе интегратора 9 в предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором, блоком умножения), а в прототипе зависит и в основном определяется его точностью.

3а счет упрощения конструкции предлагаемого устройства, как показали расчеты, наработка на отказ увеличилась на 307.

Реализация предлагаемого устройства не представляет технических трудностей.

В качестве генератора тактовых импульсов может быть использован автоколебательный мультивибратор, коммутаторы и ключи могут быть реализованы на полевых транзисторах, элементы НЕ, интегратор и сумматоры могут быть реализованы на операционных усилителях f33 блок усреднения на операционном усилителе, многозвенные фильтры ш-го и

g-ro порядков могут быть реализованы на (m+n) и (g+n) последователь9 1164741 10

I 4 но включенных фильтрах нижних частот методом кусочно-линейной аппроксис передаточными функциями /T

11 мации с помощью диодов или стабиликвадратор может быть реализован

1 р в тронов 3 .

Составитель А. Иванова

Редактор М. Дылын Техред Т,Маточка Корректор М. Демчик

Заказ 4189/47 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул. Проектная, 4