Анализатор распределения интервалов

 

Изобретение относится к области определения статистических характеристик и позволяет расширить частотный диапазон и повысить точность многоканального измерителя плотностей распределения интервалов пребывания стационарного случайного процесса а внутри и вне заданных границ благодаря адаптации анализатора к средним длительностям пребьгоаний и непребы; ваний. За время адаптации, составляющее постоянную и малую часть общего ; времени анализа, измеряют с заданной точностью средние интервалы пребываний реализации процесса внутри и вне зоны анализа и автоматически устанавливают пропорциональные им оптимальные дифференциальные коридоры. Адаптивное построение анализатора позволяет в отсутствии предварительной информации о статистических свойствах случайного процесса автоматически выбирать минимально необходимое время анализа и оптимальную ширину дифференциальных коридоров, чем обеспечивается заданная допустимая статистическая и аппаратурная погрешности измерений. Для решения поставленной задачи анализатор содержит дополнительные группы 23 злементов И и накопительных счетчиков 25, блок 9 задания времени индикации, элементы задержки 17, 18, элемент 20 запрета , элемент ИЛИ 16, первый и второй счетчики 10, 11, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 3, счетчик 8 импульсов, второй пороговый элемент 2, третий и четвертый элементы И 14, 15. 2 ил. (Л со к 4; ю 4: сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (111 (5D 4 G 06 F 15/36

3 всгя", ; 13 " их;. „

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3903437/24-24 (22) 29. 05. 85 (46) 15. 02. 88. Бюл. К- 6 (71) Куйбышевский электротехнический институт связи (72) И.С ° Брайнина (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1(436359, кл. С 06 F 15/36, 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 731443, кл. G 06 F 15/36, 1977. (54) АНАЛИЗАТОР РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ (57) Изобретение относится к области определения статистических характеристик и позволяет расширить частотный диапазон и повысить точность многоканального измерителя плотностей распределения интервалов пребывания стационарного случайного процесса внутри и вне заданных границ благодаря адаптации анализатора к средним длительностям пребываний и непребы ваний. За время адаптации, составлян>щее постоянную и малую часть общего > времени анализа, измеряют с заданной точностью средние интервалы пребываний реализации процесса внутри и вне зоны анализа и автоматически устанавливают пропорциональные им оптимальные дифференциальные коридоры.

Адаптивное построение анализатора позволяет в отсутствии предварительной информации о статистических свойствах случайного процесса автоматически выбирать минимально необходимое время анализа и оптимальную ширину дифференциальных коридоров, чем обеспечивается заданная допустимая статистическая и аппаратурная погрешности измерений. Для решения постав- а ленной задачи анализатор содержит

9 дополнительные группы 23 элементов

И и накопительных счетчиков 25, блок

9 задания времени индикации, элемен- С ты задержки 17, 18, элемент 20 запрета, элемент ИЛИ 16, первый и второй счетчики 10, 11, элемент ИСКЛЮЧАКЩЕЕ

ИЛИ 3, счетчик 8 импульсов, второй

laaL пороговый элемент 2, третий и четвертый элементы И 14, 15. 2 ил. 3

4ь

74245

4С

55

1 13

Изобретение относится к вычислительной технике,в частности для определения статистических характеристик стационарных эргодических случайных процессов с помощью специализированных вычислительных устройств, и может быть использовано для аппаратурного измерения плотностей распределения интервалов времени, в течение которых случайный сигнал пребывает внутри, а также вне заданных границ, в таких областях, как радиолокации .и связь, медицина, метео.рология, дефектоскопия и других.

Целью изобретения является повышение точности и расширение частотного диапазона за счет адаптации к средним интервалам пребывания, а также расширение функциональных возможностей за счет одновременного анализа интервалов пребывания как внутри, так и вне заданных границ.

На фиг. 1 изображена функциональная схема анализатора распределения интервалов; на фиг. 2 — временные диаграммы работы анализатора.

Анализатор содержит пороговые элементы 1 и 2, элемент ИСКЛЮЧИОЩЕЕ ИЛИ

3, формирователь 4 импульсов, генератор 5 импульсов, элементы И 6 и 7, счетчик 8 импульсов, блок 9 задания времени индикации, счетчики 10 и 11, управляемые делители 12 и 13 частоты, элементы И 14 и 15, элемент ИЛИ.

16, элементы 17 и 18 задержки, адресный счетчик 19, элемент 20 запрета, дешифратор 21, группы 22 и 23 элементов И, а также группы 24 и 25 накопительных счетчиков.

В предлагаемом анализаторе производится одновременное измерение плотностей распределения интервалов пребывания мгновенных значений случайного процесса как внутри, так и вне заданных границ. Измерению предшествует адаптация анализатора к статистическим характеристикам данного ,случайного процесса, в предположении

его стационарности и эргодичности на интервалах адаптации и измерений.

Необходимость в адаптивном построении анализатора вызвана тем, что предварительная информация о случайном процессе обычно частично или полностью отсутствует. Это препятствует рациональному построению анализатора и влечет за собой либо усложнение его схемы и увеличение времени измерений из-за поиска нужных диапазонов, либо снижение точности измерений, Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии счетчик 8 импульсов, счетчики 10 и 11, адресный счетчик 19, накопительные счетчики

10 24 и 25 сброшены в О, на первом выходе счетчика 8 имеется высокий логический уровень напряжения, открывающий по одному входу первый б и второй 7 элементы И. На втором выходе счетчика 8 имеется низкий логический уровень напряжения, .закрывающий по. другому входу третий 14 и четвертый

15 элементы И и препятствующий накоплению информации в счетчиках 24 и 25.

20 Это состояние соответствует началу этапа адаптации анализатора к средним интервалам пребывания процесса внутри и вне заданных границ, установленных пороговыми уровнями Б,и 0 на вторых входах первого 1 и второго

2 пороговых блоков. Исследуемый случайный процесс x(t) поступает на их объединенные первые входы.

На выходе первого порогового элемента 1 возникают прямоугольные импульсы стандартной амплитуды, длительности которых равны длительностям выбросов, за нижний уровень анализа Б„ (фиг. 2б). Аналогично на выходе второго порогового элемента 2 возникают импульсы, длительности которых равны длительностям выбросов процесса за верхний пороговый уровень U q (фиг. 2в) .

Для получения интервалов пребывания процесса внутри зоны анализа (U, U ? используется элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ З„на первом выходе которого возникают импульсы только в моменты антисовпадений импульсов на

его входах, т.е. осуществляется операция суммирования по модулю 2 (фиг.2г). На втором выходе элемента

3 имеется инверсная последовательность импульсов (фиг. 2д), соответствующая интервалам непребывания процесса в заданных границах.

Импульсы пребывания (фиг. 2г) открывают по второму входу первый элемент И 6, а импульсы непребывания (фиг. 2д) открывают по второму входу второй элемент И 7. В соответ.— ствующие интервалы времени пачки счетных импульсов частотой f c (фиг. 2е) или втором (фиг. 2ж) выходах формирователя 4 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, соответствующий моменту окончания интервала пребывания или непребывания в заданных границах. Этот импульс проходит на выход только одного открытого элемента И первый 22 или второй 23 групп элементов И, содержащий по 1 элементов (по числу каналов анализатора). При этом открытым оказывается только тот элемент И, номер которого равен целому числу дифференциальных коридоров, уложившихся на протяжении данного интервала пребывания (или непребывания). Через этот открытый элемент И в одноименный накопительный счетчик первой 24 или второй 25 групп проходит один импульс с первого или второго выходов формирователя 4 импульсов, представляющего собой схему дифференцирования, выпрямления и формирования коротких прямоугольных импульсов в моменты пересечения процессом заданных пороговых уровней

U, и U . Одновременно короткий импульс с первого или второго выхода формирователя 4 импульсов проходит через первый 17 или второй 18 элементы задержки, с выхода которых поступает на первый или второй входы установки "0" адресного счетчика 19, сбрасывая его в "0" и подготавливая к приему адреса следующего интервала пребывания (непребывания), идущего без перерыва вслед за данным интервалом непребывания (пребывания).

Элементы 17 и 18 задержки представляют собой дифференцирующие схемы, вырабатывающие короткие импульсы в моменты окончания импульсов с выходов формирователя 4 импульсов, когда запись информации в канальные счетчики уже состоялась (фиг. 2з,и).

Во избежание пропусков самых ко-:.. ротких интервалов пребывания (непребывания), время задержки в элементах

17 и 18 должно выбираться из условия,„ i Т„„„= 1/f„«, . В редких случаях появления интервалов, длительность которых превышает максимальную измеряемую С„,„,(или g„„,), адресный счетчик 19 переполняется еще до окончания интервала и на его выходе появляется импульс, поступающий на вход элемента 20 запэета, з 1374245 генератора 5 импульсов проходят поочередно с третьих входов на выход первого 6 или второго 7 элементов И и подсчитываются или счетчиком 10, или счетчиком 11.

Процесс адаптации продолжается .вплоть до момента накопления в счетчике 8 числа интервалов пребывания заданного количества импульсов 10

N 0r1 Е, где (E+N) — полная емкость счетчика 8. В этот момент на первом выходе счетчика 8 появляется уровень

"0", закрывающий по соответствующим входам первый 6 и второй 7 элементы 15

И и препятствующий дальнейшему накоплению информации в счетчиках 10 и 11, в которых оказываются зафиксированными коды К, и К,, равные коэффициентам деления первого 12 и второго 13 управляемых делителей частоты.

С генератора 5 импульсов счетные импульсы частотой f подаются на счетные входы первого 12 и второго

13 управляющих делителей частоты, на выходах которых возникают периодические последовательности импульсов с периодами повторения соответственно (ВГ ) t = Kq Tvu„и Т„=(йь ape=

= К. -Т„„„, равными оптимальной ши,4» мин ь рине дифференциальных коридоров.

В течение времени измерений Т„

10Т„, вплоть до заполнения емкости

E+N счетчика 8, íà его втором выходе держится высокий логический уровень, открывающий по соответствующим входам третий 14 и четвертый 15 элементы И, на выходах которых поочередно возникают пачки импульсов периодом Т„ или Т„ и длительностью, рав.ной интервалам пребывания или непребывания процесса внутри заданных границ. Элемент ИЛИ 16 пропускает эти пачки поочередно на вход адресного счетчика 19, в котором начинают сменяться адреса-коды, управляющие дешифратором 21, и на его выходах поочередно появляется высокий логический уровень, открывающий один из элементов И первой 22 и второй 23 групп элементов И.

Смена адресов на входах дешифратора 21 продолжается вплоть до момента окончания пачки импульсов, равной длительности интервала пребывания процесса внутри или вне заданных границ. В этот момент на первом

1374245 триггер в составе которого высоким логическим уровнем закрывает дешифратор 21.

Обе группы элементов И 22 и 23 оказываются закрытыми и ни в один

5 из накопительных счетчиков групп 24 или 25 не проходит импульс в момент окончания сверхдлинного интервала, а только происходит обнуление адресного счетчика 19.

Общее количество таких сверхдлинных интервалов пребывания (или непребывания) из числа Е интервалов, прошедших за все время измерений, мо-15 жет быть установлено после окончания измерений по разнице между числом E и суммарными показаниями всех накопительных счетчиков групп 24 или 25.

Такой режим работы анализатора ха- 20 рактеризуется "усечением хвостов" плотностей W(i ) и М(г ) распределения интервалов пребывания процесса внутри и вне заданных границ. При правильном выборе числа каналов анализатора относительное количество сверхдлинных интервалов >О„„, не должно-превышать единиц процента от числа Е, и искажения кривых W(С ) и М() от "усечения хвостов" остаются еще допустимыми.

В случае недопустимо больших искажений от "усечения хвостов" кривых плотностей М() и М() необходимо увеличить ширину дифференциальHblx KopHpopoB (d i )opt с « за счет увеличения коэффициента пропорциональности С 7 1/б путем снижения коэффициента деления постоянного счетчика (N/Ñ) в составе счетчиков 40

10 и 11..

К моменту заполнения счетчика 8 импульсов емкостью E+N измерения автоматически заканчиваются и в накопительных счетчиках 24 и 25 оказыва- 45 ются записанными по 1 ординат плотностей распределения интервалов пребывания реализации данного случайного процесса внутри и вне заданных границ.

Оценки плотностей распределений

50 находятся по соответствующим формулам.

Для индикации h. Е и h. 4 E (rye h;, h, — показания счетчика

24 и 25) в анализатор введена группа индикаторов (не показаны) в составе каждого из накопительных канальных счетчиков 24 и 25. Разрядность индикаторов и емкость каждого канального счетчика взяты исходя из величины Е, т.е. на худший случай попадания всех E отсчетов в один канал.

Текущие коэффициенты деления К и К,Р первого 12 и второго 13 управляемых делителей частоты фиксируются индикаторами, входящими в состав соответственно счетчиков 10 и 11.

Продолжительность индикации определяется блоком 9 задания времени индикации, в состав которого входит одновибратор, вырабатывающий импульс заданной длительности t„ начиная с момента заполнения емкости E+N счетчика 8, На все время индикации с первого выхода блока 9 задания времени индикации импульс одновибратора удерживает в "0" счетчик 8 и элемент 20 запрета, закрывающий дешифратор 21 и препятствующий дальнейшему накоплению информации в канальных счетчиках 24 и 25.

За время индикации tи оператор должен зафиксировать показания h,u h,- всех 21 накопительных канальных счетчиков 24 и 25, а также текущие коэффициенты деления К и

К, с целью дальнейшего построения по 1 точкам гистрограмм оценок плотностей распределения интервалов пребывания W*() и непребывания

W*(i ) реализации случайного процесса в заданных границах.

В момент окончания индикации импульс с второго выхода блока 9 задания времени индикации сбрасывает в

"О" счетчики 10 и 11, а также первую

24 и вторую 25 грунпы накопительных счетчиков.

На этом цикл измерений плотностей распределения W(i) и W(Г ) интервалов пребывания реализации случайного процесса внутри и вне данной зоны анализа (U, U ) завершается, и схема анализатора возвращается в исходное состояние.

Формула изобретения

Анализатор распределения интервалов, содержащий пороговый элемент, вход которого является входом анализатора, адресный счетчик, первый ° элемент И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, второй элемент И, управляемый

1 374245 делитель частоты, дешифратор, выходы которого подключены соответственно к первым входам элементов И первой группы, вторые входы которых

5 объединены с входом первого элемента задержки и подключены к первому ,информационному выходу формирователя импульсов, выходы элементов И первой группы подключены соответствен1р но к счетным входам накопительных счетчиков первой группы, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, расширения частотного диапазона за счет его адаптации к средним интервалам пребывания, а также расширения функциональных возможностей за счет одновременного анализа интервалов пребывания как внутри, так и вне заданных 2р границ, он содержит третий и четвертый элементы И, второй пороговый элемент, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент ИЛИ, формирователь импульсов, первый и второй элементы задержки, 35 первый и второй счетчики, второй управляемый делитель частоты, элемент запрета, блок задания времени индикации, вторые группы элементов И и накопительных счетчиков, счетные входы которых соединены соответственно с выходами элементов И второй группы, первые входы которых объединены с первыми входами элементов

И первой группы, а вторые входы элементов И второй группы объединены и подключены к второму информационному выходу формирователя импульсов непосредственно, а через второй, элемент задержки — с первым входом 4р сброса адресного счетчика, кодовые выходы которого соединены соответственно с разрядными входами дешифратора, а выход переполнения — с информационным входом элемента запре-45 та, выход которого соединен с входом запрета дешифратора, а управляющий вход элемента запрета и вход установки счетчика импульсов объедииены и подключены к первому информационному выходу блока задания времени индикации, второй информационный выход которого подключен к входам установки нуля первого и второго счетчиков и накопительных счетчиков первой и второй групп, второй вход сброса адресного счетчика соединен с выходом первого элемента задержки, а счетный вход подключен к выходу элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно третьего и четвертого элементов И, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго управляемых делителей частоты, управляющие входы которых объединены с первым входом второго элемента И и подключены к выходу генератора импульсов, а разрядные входы первого и второго управляемых делителей соединены с разрядными выходами соответственно первого и второго счетчиков, счетные входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго элементов

И, вторые входы которых объединены и подключены к первому чнформационному выходу счетчика импульсов, второй информационный выход которого соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов И, при этом вход второго порогового элемента объединен с входом первого порогового элемента, а выходы пороговых элементов соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, прямой выход которого подключен к входу формирователя импульсов и третьим входам первого и третьего элементов И, а инверсный выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к третьим входам второго и четвертого элементов И и счетному входу счетчика импульсов, выход переполнения которого соединен с входом блока задания времени индикации, 1374245

Составитель Э. Сечина

Техред Л.Сердюкова

Корректор M. Пожо

Редактор Е. Копча

Заказ 604/46

Тираж 704

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4