Устройство для измерения среднего значения и дисперсии циклической случайной величины типа фазы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ пп 767662

Союз Советских

Социалистических республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5!)М. Кл.з

G 01 Я 25/00 (22) Заявлено 180375 (21) 2114615/18-?1 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретении и OTkpbITHH (23) Приоритет

Опубликовано 30.0980 Бюллетень № 36 (5З) 4 б 21. 317 °.77(088.8) Дата опубликования описания 30,0980 (72) Авторы изобретения

M.M. Барашков, М.И. Малыкин и В.И.. Мамаев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ

И ДИСПЕРСИИ ЦИКЛИЧЕСКОЙ СЛУЧАЙНОЙ. ВЕЛИЧИНЫ

ТИПА ФАЗЫ

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в фазовых радиотехнических системах (в фазовых радионавигационных и радиогеодезических системах, фазовых пелен-5 гаторах, системах передачи сообщений и т.д.).

Известно устройство для определения среднего значения и дисперсии случайной величийы, содержащее блок 10 установки уровня, блок вычитания, блоки весовых функций и нуль-индикатор (Ц

Недостатком его является .значительная погрешность измерения циклической случайной величины типа фазы.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является усто ройств о для определения среднего з начения и дисперсии случайных величин, содержащее аналого-цифровой преобразо-2р ватель .(АцП), регистрирующее устройство и арифметическое устройство 21.

Недостатком этого устройства является большая погрешность измерения (практически неработоспособность) 25 в том случае, когда измеряемая случайная величина имеет циклический харакгер и когда центр ее распределения смещен относительно центра зоны анализа. Такой величиной может быть фаза 30 сигналов, искаженных шумовой помехой.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Это достигается тем, что устройство для измерения среднего значения и дисперсии циклической случайной величины типа .фазы, содержащее аналого-цифровой преобразователь, регистрирующее устройство и соединенное с ним арифметическое ycтройство, состоящее из пяти умножителей, трех блоков вычитания; двух сумматоров и квадратора, блок управления и синхронизации, соедийенный с АЦП, арифметичес" ким и регистрирующим устройствами, дополнительно снабжено тт схемами сравнения, тт счетчиками, и рекуррентными вычислителями среднего значения, и рекуррентными вычислителями дисперсии, 1п ключевыми схемами, блоком отбора номера участка с максимальным числом выборок, блоком вычисления коэффициентов, блоком ключевых схем, двумя накопителями и блоком задержки, причем тт схем сравнения подключены параллельно к выходу АЦП, первый выход каждой схемы сравнения соединен с входом соответствующего счетчика, второй выход соединен с входами рекуррентных вычислителей, один из кото767662 рых является вычислителем среднего э»ачения, другой — вычислителем дисперсии, выход каждого из и счетчи ков соединен параллельно с вторыми входами соответствующих рекуррентных вычислителей среднего значения и дисперсии, кроме того, выход каждого из и счетчиков подключен соответственно к и входам блока отбора номера участКа с максимальным числом выборок, блока вычисления коэффициентон и блока ключевых схем, выход блока отбора номера участка.с максимальным числом выборок подключеН к четвертому нходу арифметического устройства, пятый вход которого соединен с первым выходом блока вычисления коэффициентов, второй, третий, четвертый и пятый выходы блока вычисления коэффициентов соединены соответствен»о c øåñòûì, восьмым, десятым и девятым входами арифметического устройства, выход каждого иэ tl рекуррентных вычислителей среднего значения подключен к третьему входу соответствующего рекуррентного вычислителя дисперсии

- и через соответствующую ключевую схему присоединен к третьему входу ариф- 25. метического устройства и параллельно к второму входу арифметического устройства через блок задержки, выход каждого иэ n . рекуррентных вычислителей дисперсии через соответствую- 3п щую ключевую схему подключен к первому входу арифметического устройства, выход блока ключеных схем соединен с седьмым входом арифметического устройства, одиннадцатый и дне»адцатый входы которого подключены соответственно через первый и второй накопители к первому и второму выходам арифметического уатройства, третйй и четвертый выходы арифметического устройства подключены к регистри- 4О рующему устройству, управляемые входы всех ключевых схем и блока ключевых схем соедийены с блоком управления и синхронизации.

На чертеже представлена блок-схема 45 предлагаемого устройства.

Устройство состоит из аналого-цифрового преобразователя 1, схем сравнения 2 — 2, счетчиков 3„ -3п, рекуррентньх вычислителей 4s-4, дисперсии, рекуррентных вычислителей 5, -5„ среднего значения, ключевых схем

6>."6 и 7i -7п, блока 8 отбора номе ра участка с максимальным числом выборок, блока 9 вычисления коэффици.ентов, блока 10 ключевых схем, первого умножителя 11, блока 12 задержки, второго умножителя 13, первого . сумматора 14; третьего умножителя 15, кнадратора 16, первого блока вычитания 17, второго блока вычитания 18, 50 третьего блока вычитания 19, первого накопителя 20, четвертого умножителя

21, пятого умножителя 22,, второго сумматора 23, второго накопителя 24, ре- ":"гйстрирукйцего устройства 25, блока 26 управления и синхронизац»и и арифметического устройства 27, состоящего из умножителей 11, 13, 15, 21 и 22, сумматоров 14 и 23, блоков 17, 18 и

19 вычитания и квадратора 16.

Устройство работает следующим образом.

Входная непрерывная случайная величина в АЦП 1 подвергается временной дискретизации с последующим кодированием уровня каждой. дискретной выборки. Интервал дискретизации и интернал времени измерения, включающий

И интервалон дискретизации,задаются с блока 26 управления и синхронизации.

Кодовое значение каждой выборки A поступает на п схем сравнения 2 д

2 и, где сравнивается с пределами участков зоны анализа измеряемой величины. При этом схеме сравнения 2, соответствует первый участок зоны анализа, схеме .2 - второй участок и схеме сравнения 2п — и -й участок эоны айализа. В случае, если в схеме сравнения 2 выполняется нераве»ство

t где Л„и А.»- нижний и верхний пределы зоны анализа, номер выборки, в счетчик 3 числа выборок -го участка добавляется единица и выборка Ъ случайной величины поступает на рекуррентнйе вычислйтели дисперсии

4 „ и среднего значения 5„

Среднее значение »»;„ и дисперсия случайной величины н рекуррентных вычислителях 5 и 4 определяются по формулам

tn. = »и. (К-1)+

k.-1

k-2. - Х„, »

Ъ. = E (k-1 +

ik k-q где К вЂ” текущий номер выборки 4 -го участка.

По истечении времени измерения происходит блокировка прохождения импульсон синхронизации от блока 26 на АЦН

1 и выборки на схемы сравнения 2,— 2„ не поступают. Дальнейшая обработка нодон числа выборок 1, зафиксированных н счетчиках 3 -3,, а также кодов гп„и „, определен»ых в рекуррентных вычислителях 5, — 5», и 4, — 4 производится по командам, формируемым н блоке 26. Коды Ч сравниваются между собой в блоке 8, где отбирается номер участка .„,.наибольшим числом ныборбк. Значоййе i< - используется для определения величины ь по формуле которая реализуется с помощью арифметического устройства 27 и входящих

767662 личина

Формула изобретения в его состав первого умножителя 11 и третьего блока вычитания 19, на вторые входы кoTорых поступают соответственно величины с блока 9. Смещение значений »т ; к центру зоны анализа на величину ЬЬ,производится во втором блоке вычитания

18 арифметического устройства 27 в соответствии с выражениями! ! т,=иь„-ь прц»»„-д,.А,;

1п = А -(А,-(«-Ь АЦ»!ри mò. . последовательно во времени с помощью ключевых схем 7, — 7 и блока 26.

В четвертом умножителе 21 арифмети- . ческого устройства 27 значения- ю, умножаются на весовой коэффициент

14„

p — N где Ng — число выборок в !. -м участке, Й - общее число выборок. 25

Коэффициент р формируется s блоке 9 согласно данным, поступающим . от. счетчика 3, - 3», В накопителе 24 формируется смещенное среднее значение измеряемой циклической величины в соответствии с выражением

»! т "-«gm,и щ, ь

Несмещенное среднее значение »! образуется на выходе сумматора 23; причем»»!=!!! АХ,. Значение а Х в арифметическом устройстве поступает . на второй вход сумматора 23 с выхо, да блока вычитания 19.

Измеренное среднее значение r»! циклической случайной величины используется далее при вычислении дисперсии Ъ

g$

B блоке вычитания 17 арифметического устройства 27 последовательно во времени вычисляется разность.меж- ду измеренным значением !т!, поступающим ат сумматора 23, и значениями r»! поступающими от рекуррентных вычислителей 5g - 5!! через ключевые схемы 7! — 7»т и блок.задержки 12. Значение (»»!-»»!;)проходит в арифметическом устройстве 27 квадратор 16 и поступает на третий умножитель 15, на второй вход которого .от счетчиков 3 — 3„ через блок 10 поступает величина ; . Результат умножения в виде (r!!-t»!,) N поступает далее на сумматор 14, на второй вход которого поступает произведение Ь (N -1 с выхода умножи-. теля 13. Величины Ъ и (М; -1) поступают соответственно от рекуррентных вычислителей 4„ - 4„ последова- 65 тельно через ключевые схемы 6> — бп и от блока 9 °

Результат суммирования цакапливается в накопителе 2О по всем значе- ниям i от 1 до п . Образуется вепоступающая на пятый умножитель 22,, на второй вкод которого от блока 9 поступает число 1/gN-1)

На выходе умножителя 22 формируется измеренное значение дисперсии Ь циклической случайной величины определяемое выражением — Ь,(N„-$) (m-»»!;) N;)

И-$

Измеренные кодовые значения»»! и Ъ поступают на регистрирующее устрой. ство 25, где происходит преобразование двоичных кодов в десятичные и индикация значений »и и Ъ в десятичной системе счисления.

С помощью предлагаемого устройства параметры »»! u D любой циклической случайной величины могут быть измерены практически с любой степенью точности. Погрешность измерения уменьшается при:

- увеличении числа участков »! эоны анализа,"

- увеличении времени измерения, увеличении числа разрядов (повышении точности представления чисел) элементов схемы устройства, Причем измерение времени числа участков эоны анализа, а также переход от одной случайной величины к другой может осуществляться с помощью блока 26 управления и синхронизации, путем изменения команд на элементы схемы устройства, блокировки части схем сравнения 2, †2»! и изменения исходных констант в блоке 9 вычисления коэффициентов.

Введение в устройство рекуррентных вычислитеЛей среднего значения

5„ — 5„ и дисперсий 4> — 4 исключает необходимость запоминания зяачения каждой выборки до конца интервала измерения, что упрощает аппаратуру устройства и повышает ее надежность.

Устройство для измерения среднего значейия и дисперсии циклической случайной величины типа фазы, содержащее аналого-цифровой преобразователь (АЦП) регистрирующее устройство н соединенное с ним арифметическое устройство, состоящее иэ пяти умножителей, трех блоков вычитания, 767662 двух сумматоров и квадратора, блок управления и синхронизации, соединенный с АЦП, арифметическим и регистрирующим устройствами, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения средне- . го значения и дисперсии, оно снабжено ц схемами сравнения, и счетчиками, рекуррентными вычислителя ми среднего значения, и рекуррентными вычислителями дисперсии, 2t1 клю- О чевыми схемами, блоком отбора номера участка с максимальным числом выборок, блоком вычисления коэффициентов, блоком ключевых схем, двумя накопителями и блоком задержки, причем схем сравнения подключены параллельно к выходу АЦП, первый выход каждой схемы сравнения соединен с входом соответствующего счетчика,второй выход соединен с входами рекуррентных вычислителей, один из которых является вычислителем-среднеro значения, другой — вычислителем дисперсии, выход кажцого из и счетчиков соединен параллельно с вторыми входами соответствующих рекуррентных 25 вычислителей среднего значения и дисперсии, кроме того, выход каждого из и счетчиков подключен соответственно к и входам блока отбора номера участка с максимальным числом выбо- 3Q рок, блока вычисления коэффициентов и блока ключевых схем, выход блока отбора номера участка с максимальным числом выборок подключен к четвертому входу арифметического устройства, пятый вход коорого соединен с пер вым выходом блока вычисления коэффициентов, второй, третий,. четвертый и пятый выходы блока вычисления коэффициентов соединены соответственно с шестым, восьмым, десятым и девятым входами арифметического устройства, выход каждого из h рекуррентных вычислителей среднего значения подключен к третьему входу соответствующего рекуррентного вычислителя дисперсии и через соответствующую ключевую схему — к третьему входу арифметического устройства и паралЛельно к второму входу арифметического устройства через блок задержки, выход каждого из О рекуррент-. ных вычислителей дисперсии через соответствующую ключевую схему подключен к первому входу арифметического устройства, выход блока ключевых схем соединен с седьмым входом арифметического устройства, одиннадцатый и двенадцатый входы которого подключены соответственно через первый и второй накопители к первому и второму выходам арифметического устройства, третий и четвертый выходы арифметического устройства подключены к регистрирующему устройству, управляемые входы всех ключевых схем и блока ключевых схем соединены с блоком управления и синхронизации, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Домарацкий А.П. и др. Многоцелевой статистический анализ случайных сигналов. Новосибирск, "Наука", 1975, с. 10.

2. Мирский Г.Я. Апцаратурное определение характеристик случайных процессов. М., "Энергия", 1972,с.54-59.

767662

Составитель А.Старостина

Редактор Е.Караулова Техред Е.Гаврилешко Корректор О.Билак

Закааэ 7186/41 . Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР пр делам йзобретений и открытий

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

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