Способ получения энергетического спектра любого стационарного, случайного процесса

Г. Н, Шур СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СПЕКТРА ЛЮБОГО СТАЦИОНАРНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССАЗаявлено 20 марта 1959 г. за623069/26 в Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРОпубликовано в Бюллетене изобретений23 за 1959 г. При изучении "лучайных процессов для их описания используются положения математической статистики.Наиболее полно характеризуют случайный процесс спектральная плотность распределения и корреляционные функции. Для большого класса случайных процессов (так называемых стационарных случайных процессов) спектральная плотность распределения и корреляционная функция связаны простым математическим преобразованием Фурье.Известны корреляторы, то е"ть приборы, позволяющие получать корреляционные функции. Существуют также различного рода анализаторы спектров, Однако во многих случаях исследуемый случайный процесс не может быть зарегистрирован непосредственно, а зарегистрирует"я лишь динамическая реакция какой-либо сложной механической системы на изменение величины исследуемого случайного процесса, При этом реакция системы также является случайной функцией времени, но эта функция имеет свои вероятностные характеристики. Так, например, при изучении турбулентности атмосферы с помощью перегрузочных приборов, установленных на самолете, можно измерить и зарегистрировать не сами турбулентные образования, существующие в атмосфере, а лишь реакцию самолета на воздействие на него турбулентных порывов воздуха, Ни один из существующих методов не позволяет получать в этом случае спектральную плотность распределения (энергетический спектр) или автокорреляционную функцию самого исследуемого процесса,Предлагаемый способ позволяет получить энергетический спектр стационарного случайного процесса и для этого общего случая. В основу метода положено известное соотношение:Я(го)=фОоз)1 , (оз),где: 51 - энергетический спектр динамического воздействия на механическую систему;124683Ф(а) - передаточная функция системы;5 (о) - спектральная плотно ть распределения реакции системы на стационарное случайное воздействие.Передаточная функция системы может быть снята экспериментально либо вычислена теоретически, Для получения спектра турбулентности передаточная функция самолета вычи:лялась на БЭСМ.На фиг. 1 и 2 изображены блок-схемы приборов, с помощью которых реализуют предлагаемый метод для случая исследования энергетического спектра атмосферной турбулентности, причем на фиг, 1 показана блок-схема регистрирующей системы, устанавливаемой на оорту самолета, а на фиг. 2 - схема лабораторной установки, производящей статистическую обработку и функциональные преобразования,Регистрирующая часть состоит из датчика перегрузок 1, включенного в схему измерительного моста 2, частотно-импульсного модулятора 3 и записывающего магнитофона 4. Применение частотно-импульсной модуляции позволяет регистрировать на магнитной ленте процессы с очень малыми частотами флюктуаций. Использование магнитной памяти дает возможность в широких пределах сжимать и растягивать запись во времени при воспроизведении, а также удобно тем, что позволяет во производить запись в электрических величинах.Лабораторная часть установки состоит из воспроизводящего магнитофона с переменной скоростью протяжки о, дискриминатора импульсов 6, усилителя 7 и ряда фильтров Фь Фг, , Фг После каждого фильтра включен квадратичный детектор Дь Дг Дгг. Напряжение на выходе каждого детектора с помощью делителя напряжения Кь Кг Кгг умножается на коэффициент, обратно-пропорциональный квадрату модуля передаточной функции системы (самолета) для частоты данного фильтра, Совокупность делителей напряжения представляет собой электрическую модель передаточной функции системы. Таким образом, напряжение на,выходе каждого канала пропорционально энергии изучаемого стационарного случайного процес,"а, заключенной в полосе частот, пропускаемой данным каналом.С помощью электромеханического коммутатора 8 выходы каналов подключаются к электронному индикатору 9, на экране которого получаетсч энергетический спектр исследуемого процесса в виде отдельных вертикальных линий. По оси абсцисс отложена частота по логарифмической шкале, по оси ординат - уровень энергии в децибеллах. Для получения спектра турбулентности использовались блоки спектрометра типа СНЧ. Изменение скорости протяжки при воспроизведении позволяет использовать спектрометры, поло"а, частот которых не совпадает с полосой частот исследуемого процесса.Предм ет изо бр е те н ия1. Способ получения энергетического спектра любого стационарного случайного процесса, не поддающегося непосредственной регистрации, но обнаруживающего себя в. виде динамической реакции какой-либо механической системы, испытывающей на себе воздействие этого процесса (в частности получения энергетического спектра атмосферной турбулентности, воздействующей на самолет, по динамическим перегрузкам, испытываемым самолетом при полете в зоне турбулентности 1, путем применения блока магнитной памяти с частотно-импульсным модулятором, о т л и ч а ю щ и й, я тем, что, с целью разложения динамиче:кой реакции механической системы на гармонические составляющие, демодулятор подключают на вход спектрометра и соотношение между скоростями протяжки магнитной ленты при записи и воспроизведении у:танавливают таким, при котором полосы частот исследуемого процесса и спектрометра овпадаютМ 124683- 3 -фиг. У 2, Способ по п. 1, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью определения энергетического спектра исследуемого процесса, между квадратичным детектором и коммутатором в каждый канал спектрометра включают делитель напряжения, служащий для умножения постоянного напряжения на выходе детектора на числовой коэффициент, обратно-пропорциональный квадрату модуля передаточной функции механической системы для частоты данного канала, причем совокупность всех делителей в действии представляет собой электрическую модель передаточной функции системы.