Анализатор случайных процессов

 

АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ , содержащий блоки усреднения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока масштабирования , ыходы которого подключены соответственно к входам ко№1утатора, выход которого соединен с информационнь1м входом интерполирующего фильтра, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, синхронизирующие входы коммутатора, интеполирующего фильтра и блока регистрации подключены соответственно к выходам генератора тактовых импульсов , отличающийся тем, что, с целью повыщения точности , он содержит амплитудные селекторы , генератор случайных импульсов и сумматор, первый вход которого является входом анализатора, второй вход соединен с выходом генератора случайных импульсов, выходы сумматора соответственно через амплитудные селекторы подключены к входам соответствующих блоков усреднения.

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,.SU„„1120352 A зСЮG06F 15 36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ф(„Р ",, ;: : Я в Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д,„- ;."" ::»:

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) (57) АНАЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащий блоки усреднения, выходы которых подключены к соответ(21) 3610581/24-24 (22) 27.06.83 (46) 23.10.84. Бюл. У 39 (72) N.Â.Çàõàðîâ (71) Акустический институт им. акад. Н.Н.Андреева (53) 681. 3 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 877564, кл. G 06 F 15/36, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

В 894721, кл G 06 F 15/36, 1981 (прототип).

3. Жидков Н.П. Линейные аппроксимации функционалов. М., изд-во ИГУ, 1977, с. 262.

4. Сточкин С.Б., Субботин Ю.Н.

Сплайны в вычислительной математике.

М., "Наука", 1976, с. 185. ствующим входам блока масштабирования, выходы которого подключены соответственно к входам коммутатора, выход которого соединен е информационным входом интерполирующего фильтра, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, синхронизирующие входы коммутатора, интеполирующего фильтра и блока регистрации подключены еоответственно к выходам генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он содержит амплитудные селекторы, генератор случайных импульсов и сумматор, первый вход которого является входом анализатора, второй вход соединен с выходом генератора случайных импульсов, выходы сумматора соответственно через амплитудные селекторы подключены к входам соответствующих блоков усреднения °

1 11203

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может использоваться для статистического анализа случайных ,процессов, а именно для измерения плотности распределения вероятностей.

Известно устройство, предназначенное для измерения плотности распределения вероятностей случайного процесса, работа которого основана на из- 10 мерении относительного времени пребывания реализации анализируемого случайного процесса в нескольких интервалах уровней и индикации результатов измерения. В результате иссле: дователь получает гистограмму плотности распределения вероятностей

Недостатком указанного устройства является низкая точность измерения плотности распреДеления вероятностей. 2б

Это обусловлено тем, что плотность распределения вероятностей аппроксимируется ступенчатой кривой (гистограммой), т.е. производится аппроксимация нулевого порядка. Более высокая 5 точность измерения достигается в устройствах, в которых плотность распределения вероятностей представляется в базисе линейно независимых функций °

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является анализатор случайных процессов, содержащий блоки усреднения, выходы которых соединены с входами блока задания весовых коэффициентов, генератор импульсов, первый, второй и третий выходы

35 которого соединены с синхронизирующими входами блока регистрации, интер- . полирующего фильтра и коммутатора, входы которого соединены с выходами блока задания весовых коэффициентов, а выход через интерполирующий фильтр соединен с информационным входом блока регистрации, а также функциональный преобразователь, вход которо45 го является входом устройства, а вы. ходы соединены с входами блоков усреднения. В известном устройстве осуществляется аппроксимация плотности распределения вероятностей кусочнополиномиальной функцией (сплайном) с

50 помощью В-сплайнов, образующих внутри диапазона измерения плотности распределения вероятностей базис линейно независимых функций (2 3.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения плотности распределения вероятностей, что обусловлено технической

52 2 реализацией функционального преобразователя, выполняющего линейные преобразования по закону, определяемому В-сплайнами, приводящего к большим погрешностям.

Цель изобретения — повышение точности измерения плотности распределения вероятностей.

Поставленная цель достигается тем, что в анализатор случайных процессов, содержащий блоки усреднения, выходы которых подключены к соответствующим входам блока масштабирования, выходы которого подключены соответственно к входам коммутатора, выход которого соединен с информационным входом интерполирующего фильтра, выход которого подключен к информационному входу блока регистрации, синхронизирующие входы коммутатора, интерполирующего фильтра и блока регистрации подключены соответственно к вы" ходам генератора тактовых импульсов, введены амплитудные селекторы, генератор случайных импульсов и сумматор, первый вход которого является входом анализатора, второй вход соединен с выходом генератора случайных импульсов, выходы сумматора соответственно через, амплитудные селекторы подключены к входам соответствующих блоков усреднения.

На чертеже представлена структурная схема анализатора случайных процессов.

Анализатор содержит сумматор 1, генератор 2 случайных импульсов, амплитудные селекторы 3, блоки 4 усреднения, блок 5 масштабирования, коммутатор б,интерполирующий фильтр 7, блок 8 регистрации, генератор 9 тактовых импульсов.

Анализатор случайных процессов работает следующим образом.

Реализация x(4) анализируемого случайного процесса с плотностью распределения вероятностей % (u) посх тунает на второй вход сумматора 1.

На первый вход сумматора 1 с выхода генератора 2 поступает вспомогатель" ный случайный сигнал с плотностью распределения вероятностей „ (о) в виде В-сплайна, .степень которого на единицу ниже степени и кусочно-полиномиальной функции, выбранной для аппроксимации плотности распределения вероятностей % (U).

Если, например, для аппроксимации выбрана кусочно-линейная функция з 1120352 4 (1- Ь}/Ч)/Ч, (о! < Ч;

Ч (u}=

0 }й >Ч.

Функция ((и) представляет собой

В-сплайн первой степени. Генератор 2 в этом случае можно реализовать при помощи дополнительного сумматора, входы которого соединены с выходами двух генераторов независимых случайных сигналов, имеющих равномерные. законы распределения Р(и), а выход дополнительного сумматора является выходом генератора 2.

Случайный сигнал на выходе дополнительного сумматора при этом имеет плотность распределения вероятностей,„ представляющую собой свертку 35 двух функций Р (U), т.е. является случайным сигналом с треугольным законом распределения, поскольку

VÄ(u}=P(ul+ P(u! (М вЂ” знак свертки).

В общем случае для любого и вспомо- 40 гательный случайный сигнал может быть реализован с помощью дополнительного сумматора, входы которого соединены с выходами (и — 1)-ro генераторов, вырабатывающих независимые случайные 45 сигналы с равномерными законами распределения Р(о), а выход является выходом генератора 2. При этом процесс на выходе дополнительного сумматора имеет плотность распределения вероятностей Ч„(u) g представляющую собой свертку (и — 1)-й функции Р (и) и, тем самым, совпадающую с В-сплайном (и -1)-й степени, описанным в } 3).

Кроме того, при и > 2 генератор 2 55 может вырабатывать случайный сигнал с гауссовым законом распределения, потому что В-сплайны степени выпе вто(степень n = 1), то вспомогательный случайный сигнал имеет равномерный закон распределения

f 1/ V, 0 i Q/2;

Г

Функция Ч,(U) представляет собой

В-сплайн нулевой степени. В качестве генератора 2 в этом случае используется любой известный генератор случайного (или псевдослучайного) сигнала

10 с равномерным законом распределения (например, генератор пилообразного напряжения). Если для аппроксимации используется кусочно-квадратичная функция (п = 2), то вспомогательный случайный сигнал имеет треугольный закон распределения рой хорошо аппроксируются гауссовой кривой, причем с увеличением Г1точность аппроксимации повьппается.

В сумматоре 1 происходит суммирование реализации х(1) анализируемого случайного процесса и вспомогательного случайного сигнала 9(4).

Сумма этих сигналов (х (1}+ у (Ц ) имеет плотность распределения вероятностей

-00 (1} в виде свертки плотности распределения вероятностей И„(о) анализируемого случайного процесса и плотности распределения вероятностей VÄ(p) вспомогательного случайного сигнала, Суммарный сигнал с выхода сумматора 1 поступает одновременно на входы N амплитудных селекторов 3. Каждый амплитудный селектор 3 вырабатывает сигнал постоянного уровня только s том случае, если амплитуда сигнала на входе попадает в интервал уровней, соответствующий данному амплитудному селектору 3. Все интервалы уровней устанавливают одинаковыми, равными величине /, и так, что они полностью перекрывают интервал(а-ч/2-(и/21Ц Ь+ч/2ф/2)М}. Здесь .через а и 8 обозначены нижняя и верхняя границы диапазона измерения соответственно, а Pn/2) означает взятие целой части числа nl2 . Верхний уровень j -го интервала уровней (j = 0,1,... и -1) совпадает с нижним уровнем (j +1)-го интервала уровней, а величина V определяется равенством

Ь- ol

N-1-2(.nf2$

Сигнал с выхода каждого амплитудного селектора 3 поступает в соответствующий блок 4 усреднения. В каждом блоке 4 усреднения входной сигнал интегрируется и тем самым измеряется относительное время пребывания сигнала на выходе сумматора 1 внутри интервала уровней соответствующего амплитудного селектора 3. В результате сигнал Е. на выходе j -го блока 4 ус) реднения представляет собой оценку величины

Я = а„,(о)Р(о-о.Н(— ",1-У)ао, S 1120352 которую с учетом формулы (1) можно записать в виде

I(du 39 (2) 35

Ю„И) f„,(u Vtp U-a+Y -у .

В фигурных скобках соотношения (2) за-10 йисана,функция ((u)=Y„(((- +pe) (() которая представляет собой В-сплайн степени -n, сдвинутый по амплитудной шкале на величину (м-vfnf2$.+j vJ.

Сигнал (; на 1 -м выходе блока 5 масштабирования (или задания весоФ вых коэффициентов) получается суммиt рованием .с различными весами сигналов на выходах блоков 4 усреднения:

N-1 ь, ., (=о

25 где . ;1- элементы матрицы, полученной обращейием матрицы коэффициентов

Ь (((ц= „4;(u)$ (о й((, 0i

Значения коэффициентов ((„ в случаях

;и 2 и .n-= -3 приведены в )4.).

Выбор указанных параметров генератора 2, амплитудных селекторов 3 и блока 5 соответствует решению задачи нахождения коэффициентов 4; в разложении

N-(% (v) =+ с „ f,. (U), (=0 м(иннмизирующих среднеквадратическую ошибку Ь у = fW„(u(w (u(),(и

0(45

Сигналы С с выхода блока 5 пооче"

1 редко опрашиваются коммутатором 6 и поступают на вход интерполирующего фильтра 7 с импульсной характерис50 тикой (((t) k (((1(О) совпадающей по форме с В-сплайном степени n ..

Постоянные масштабные коэффициенты ф„ и %2 устанавливают исходя из удобства отображения результата измерения. В результате на выходе интерполирующего фильтра 7 возникает сигнал )=(<), который связан с Э,(о) соотношением

1 ((2

Сигнал с выхода интерполирующего фильтра 7 поступает в блок 8 регистрации. Генератор 9 синхронизирует работу коммутатора 6,интерполирующего фильтра 7 и блока 8 регистрации.

Коммутатор 6 целесообразно выполнить в виде многоканального аналогоцифрового преобразователя, а интерполирующий фильтр 7 — в виде цифрового фильтра. !

В предлагаемом устройстве вместо функционального преобразователя, который вносит основную погрешность в измерение плотности распределения вероятностей, а также технически сложно реализуется, вводятся сумма тор, генератор случайных сигналов и амплитудные селекторы. Введение этих блоков позволяет повысить точность измерения плотности распределения вероятностей по сравнению с базовым объектом. Кроме того, значительно упрощается реализация анализатора.

Например, использование в базовом объекте кусочно-ступенчатого функционального преобразователя, имеющего три ступени, позволяет воспроизвести кубические В-сплайны с минимальной относительной ошибкой 37,5Х. В предлагаемом устройстве эта ошибка ранна нулю. При этом функциональный преобразователь базового объекта содержит в каждом из N каналов,,по крайней .мере, три амплитуднь1х селектора. В предлагаемом устройстве в каждом канале достаточно иметь олин амплитудный селектор.

1120352

Составитель Э.Сечина

Техред Л.Коцюбняк Корректор С.Черни

Редактор Н.Бобкбва

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

Заказ 7744/37 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретения и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Анализатор случайных процессов Анализатор случайных процессов Анализатор случайных процессов Анализатор случайных процессов Анализатор случайных процессов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при обработке сигналов случайных процессов

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для реализации операции выделения из совокупности аналоговых сигналов заданной порядковой статистики

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано для контроля характеристик случайных процессов

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из четырех входных аналоговых сигналов

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при построении высоконадежных устройств и систем, проектируемых по методу горячего резервирования

Изобретение относится к области аналоговой вычислительной техники и может быть использовано для генерации линейно-изломных функций

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления
Наверх