Устройство для определения одномерных начальных моментов к- го порядка случайного сигнала

 

Союз Советскик

Социалистические

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (»>734721

-.Л.; г (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заввлеио15.02.78 (2 I ) 2582601/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51)м. KJl. (j 06 F 15/36 тЪсудерстееннмн KoNNTBT

СССР дв дедам нзебретеннй н етерытнй

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень ¹ 18

Ъ I

Дата опубликования описания 20.05,80 (53) УДК681.З, (088.8) (72) Авторы изобретения

JL M. Аснин и М. Г. Орлов

Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт научного приборостроения (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОДНОМЕРНЫХ

НАЧАЛЬНЫХ МОМЕНТОВ К-ГО ПОРЯДКА СЛУЧАЙНОГО

СИГНАЛА

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и предназначено для статистического анализа случайных процессов.

Известно устройство для определения начальных моментов случайного процесса,содержащее входной блок, схему сравнения, триггер, временной селектор, генератор счетных импульсов, логарифмический преобразователь, генератор пилообразного напряжения, электронно-счетный частотомер 11.

Наиболее близким к изобретению по техническому решению является устройся во для определения одномерных начаш

15 ных моментов -ro порядка случайного сигнала, содержащее преобразователь амплитуда-временный интервал, выход которого подключен ко входу преобраэо20 вателя временной интервал-код (2 .

Однако известное устройство имеет низкую точность оценки одномерных начальных моментов и аппаратурно сложно.

Бель изобретения — .повышение точнос ти и упрощения устройства.

Юля достижения цели в устройство для определения одномерных начальных моментов к-го порядка случайного сигнала введены блок определения среднего значения и (к-1) каналов оценки начале ных моментов, при этом выход преобразователя амплитуда-временной интервал . подключен к первому входу блока формирования среднего значения, второй вход которого обьединен с первыми входами всех каналов оценки начальных моментое и соединен с выходом преобразователя временной интервал-код, выход блока формирования среднего значения подипочен ко вторым входам всех каналов; вью. ход каждого из каналов, начиная с первого, соединен с третьим входом последующего канала, вспомогательный выход каждого иэ которых подключен к вспомогательным входам последующих каналов.

Кроме того, каждый,иэ (к-1) каналов оценки одномерных начальных момен,тов содержит сче гчик импульсов счетчик; временных интервалов, элемент И, блок определения среднего значения, блок умножения и, кроме первого канала,„формирователь сигнала, при этом вход счетчика импульсов в первом канале является первым входом канала,,а в остальных каналах подключен к выходу формирователя сигнала, первый и второй входы которого являются соответственно первым и третьим входами канала, первый выход счетчика импульсов объединен со входом счетчика временных интервалов и является выходом канала, второй выход счетчика импульсов подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым входом счетчика временных и)ггервалов, второй выход которого подключен к первому входу блока анализа промежутков времени, второй вход которого соединен с выходом элемента И, выход блока определения среднего значения объединен с одним из входов блока умножения и является дополнительным выходом канала, другие входы блока умножения, число которых определяется номером канала, являются дополнительными входами канала.

Блок-схема устройства представлена на чертеже.

Устройство состоит из преобразователя 1 амплитуда-временной интервал, преобразователя 2 временной интервалкод, (к-1)-го канала 3 оценки начальных моментов, блока 4 формирования среднего значения. Во все каналы 3 (за исключением первого канала) входит блок 5 формирования сигнала, счетчик 6 импульсов, счетчик 7 временных интервалов, элемент 8 И, блок 9 определения среднего значения, блок 10 умножения.

Оценка одномерных начальных моментов к-го порядка случайного сигнала основана на использовании выбороч;юй процедурь называемой смещенной выборкой. Если исследуется случайная последовательность временных интервалов (X.) и случайным образом (независимо от исследуемой последовательности) выбираются моменты опроса, то выражение дпя плотности распределения временньы интервалов, содержаших моменты опроса. (обозначим последовательность таких интервалов )„ ), имеет вид:

< (w))(1) 721 4 где f (Xj- плотность распределения слух чайных интepaaaos в последовательности х, X - среднее значение временных

5 интервалов в последовательности jK I (одномерный начальный момент первого порядка) .

Из (1) для среднего значения вре10 менных интервалов в последовательности

Р) 1 получаем соотношение о }

X / „(Х)б Х = (»iq („)(

X X где Х - одномерный начальный момент второго порядка случайной последовательности

20 Применяя указанную выборочную прс (л)

maypy и последовательности Ь ) и обозначая через (L ) I последовательность временных интервалов, содержаших моменты опроса, связанные со второй выба

25 рочной процедурой, для плотности распределения временных интервалов в последоветельности (L t I I получаем следующее х1 ") выражение: g „, » »< . (» )

L o

30 и с учетом (1) g,,(„ õ 1и(х)

Т o" х

Соответственно для среднего значения интервалов в последовательности

) о ) имеем ) г1 Х

35 . х

O где )(ч - одномерный начальный момент третьего порядка случайной последовательности интервалов j7 I.

40 Очевидно, что для среднего значения временных интервалов последовательнос(к-л)1 ти (Lo 1, полученной в результате

1, к-1) кратной реализации описанной выше выборочной процедуры, имеет мес45 то соотношеиие— (к-л) о 1 <л1 1 ги .. 1 (к- ь) х о р " о где К < - одномерный начальный момент к-го порядка исследуемой

50 случайной последовательности временных интервалов К, Разрешая (2) относительно величины

Х ", получаем

Хк L(ê). (). (" ) L - ).Х р о " о о

Если вместо последовательностей (3) (1 =1,2,... к-1) рассматривать последовательности (W (;) ), где Фl;

73472i

15 промежуток времени от момента опроса до конца соответствующего интервала, то выражение (3) можно представить в виде (I) — - о

w(1 где W,.- среднее значение упомянутых

Ы промежутков в последовательности .,() ((=1,2, ° °, к-1), тогда, к-л вЂ,„ †„ w x (4) л ъ- к-л

Таким образом, оценка одномерных начальных моментов к-ro порядка случайных сигналов, основанный на формуле (4), исключает возведение исследуемого сигнала в (к-1)-ую степень и генерирование вспомогательного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Напряжение реализации исследуемого случайного сигнала поступает на вход преобразователя 1. С выхода преобразователя 1 последовательности импульсных сигналов, длительность каждого из которых определяется значением входного напряжения реализации исследуемого сигнала в момент опроса, поступает, вспервых, на вход преобразователя 2, а во-вторых. на вход блока 4. В преобразователе 2 временные интервалы, равные длительностям соответствующих импульсных сигналов, заполняются ил;пульсами тактовой частоты. Тактовые импульсы с выхода преобразователя 2 поступают на второй вход бпока 4, на выходы каналов 3. Формирователь сигналов 5 осуществляет формирование анализируемой последовательности импульсных сигналов (представленных на входе формирователя 5 пачками тактовых импульсов, причем количество тактовых импульсов в каждой пачке определяется длительностью импульсного сигнала, соответствующего данной пачке) для каждого канала измерения, кроме первого. Так как в числе анализируемых импульсных сигналов в каждом должны быть включены лишь те импульсные сигналы, которые в соответствующей им пачке тактовых импульсов содержат

Ф.-ый по счету тактовый импульс, то в каждом канале имеется счетчик 6, осуществляющий счет тактовых импульсов, В момент прихода m -го импульса на выходе счетчика 6 появляется управляющий сигнал, который поступает на вход счетчика 7 и в последующий канал.

Количество управляющих сигналов с(за время оценки исследуемого случайного сигнала подсчитывается в счетчике 7.

Если в первом канале на вход счетчика

6 поступают пачки тактовых импульсов непосредственно с выхода преобразователя 2, то во всех остальных каналах тактовые импульсы в счетчик 6 приходят с выхода формирователя 5. При этом в счетчике 6 подсчитываются тактовые импульсы топько тех пачек тактовых импульсов, которые содержат

W-ый по счету тактовый импульс в анализируемой в предыдущем по счету канале последовательности пачек тактовых импульсов.

В блоке 9 вычисляется среднее (за время измерения) значение промежутков времени Й от момента появления rn-го тактового импульса до момента окончания импульсного сигнала, содержаи;его данный п1 -ый импульс. На вход блока 9, подключенный к выходу счетчика 7, приходит управляющий сигнал, соответствующий количеству el подлежащих усреднению промежутков времени. На вход блока 9 с выхода элемента 8 И поступает уп тактовых импульсов, заполнивших d промежутков времени от момента появления каждого т-го тактового импульса до момента окончания каждого из импульсных сигналов, содержащих

1т1-ый импульс. Значение сигнала, соот- ветствующего среднему значению промежутков времени . определяется, как = .

Т3

Количество Q тактовых импульсов, поступающих на вход блока 9, определяется элементом 8 И, на один из входов которого с выхода счетчика 6 поступают тактовые импульсы, а на другой вход с выхода счетчика 7 поступает управляющий сигнал, определяющий то время, в течение которого тактовые импульсы с выхода счетчика 6 могут поступать на вход элемента 8 И. В блоке 4 вычисляется средняя длительность импульсных сигнапов эа время измерения: подсчитывается общее количество и импульсных сигнапов в исследуемой последовательности импульсных сигналов, поступающих в блок 4 с выхода преобразователя 1, подсчитывается общее количество N тактовых импульсов, поступающих на вход блока 4 с выхода преобразователя 2, и вычисляется к= М/ - средняя длительность импульсных сигналов. Вычисление одномерного начального момента соответствующего порядка осуществляется

Упрошение устройства, по сравнению с известным, достигается зв счет исключения необходимости генерирования вспс могательного случвйнОГО сигнитв и ВОз 45 ведения исследуемого сигнала в (к-1)-ую степень.

Формула изобретения

50 7 73472 во всех каналах 3 измерения. В первом канапе вычисляется начальный момент

2-го порядка, во втором канале - начальный момент 3-го порядка, и так да ее, вплоть до (к-1)-го канала, в котором вычисляется начальный момент к-го порядка.

Вычисление одномерного начального момента осушествляется в каждом канале блоком 10, На вход каждого блока 10

l0 с выхода блока 4 поступает сигнал, соответствуюший j, — средней длительности импульсных сигналов. На другие входы блока 10 приходят сигналы с выхода блоков 9, соответствуюшие W средним значениям промежутков времени.

Причем на вход блока 10 первого канала приходит лишь один сигнаи, соответствуюший w с выхода блока 9 первого канала, на два входа блока 10 второ20 го канала приходят двв сигнала, один, соответствуюший М4, с выхода блока

9 первого канала, второй, соответствуюший с выхода блока 9 второго канала, и т.д. Наконец, ко всем (к-1) основным

25 входам блока 10 (к-1)-го канала с вь ходов блоков 9 каждого (к-1)-го канала ." "- упают сигналы q i г зю" (к-1) .

В блоке 10 первого канала 3 вычисляется Х = XVV Õ; в блоке 10 второго .Канала 3 Bb H H ß х = х"л/4iм,, х Ó в блоке 10 третьего канана 3 вычисляет- у 4;) д„ у W> x

Вблоке 10 (к-1)-го канала Звычисляет ся X -2,1 1,-; „ где x .X Х Х одномерные начальные моменты 2-го, З-го, 4-ro .. ° . к-го порядка соответственно. 40

1 8 устройства, в него введены блок.определения среднего значения и (к-1) каналов оценки начальных моментов, при этом выход преобразователя амплитуда-временный интервал подключен к первому входу блока формирования среднего значения, второй вход которого обьединен с первымк входами всех каналов оценки начапь кых моментов и соединен с выходом пре- образователя временной интервал-код, вь ход блока формирования среднего значения подключен ко вторым входам всех каналов оценки начальных моментов, выход каждого из каналов оценки начальных моментов, кроме последнего, соединен с третьим входом последуюшего канала,, вс.помогатапьный выход каждого из которых подключен к вспомогательным входам последуюших каналов.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю- ш е е с я тем, что каждый из (к-1) каналов оценки одноименных начальных мо ментов содержит счетчик импульсов, счетчик временных интервалов, элемент И,, блок определения среднего значения, блок умножения и, кроме первого канала, формирователь сигнала, при этом вход счетчика импульсов в первом канале является входом канала, в в остальных каналах подключен к вы.ходу формирователя сигнала, первый и, второй входы которого являются соответственно первым и третьим входами канала, первый выход счетчика импульсов соединен со входом счетчика временных интервалов и является выходом канала, второй выход счетчика импульсов подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом счетчика временных интервалов, второй выход которого подключен к первому входу блока определения среднего значения, второй вход которого соединен с выходом элемента И, выход блока определения среднего значения обьединен с одним из входов блока умножения и явпяется дополнительным выходом кацапа, другие входы блока умножения, число которых определяется номером канала, являются дополнительными входами кана1. Устройство для определения одномерных начальных моментов -ro поряд- ка случайного сигнала, содержашее преобразователь амплитуда-временный интервал, выход которого подключен ко входу 55 преобразователя временный интервал-код, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышени5 тОчности и упрошяния лв

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 418865, кл. G 06 У 3/ОО, 1972..

2. Мирский Г. Я. Лппврвтурное определение характеристики случайных процессов. М», Энергия" 1972, с. 223»

734721

Составитель Л. Гры орьян-Чтенп

Редактор Ю. Петрушко Техред Я. Бирчак Корректор Е. Папп

Заказ 2226/13 Тираж 75l Подписное

UHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4