Анализатор случайных процессов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 38956 СОЮа Советских Социалистических Республиквисимое от авт, свидетельстваявлено 20.ХФ.1969 ( 1376835/18-2 К б 06 д 7 присоединением заявкиКомитет по делам зобретений и открытий при Совете Министров СССРПриорите Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень К 681.333:519.2 (088,8) икованпя описания 24,1.197 ата Авторызобретепия Я. А. Гельфандбейн и В. Н. Соболев Заявитель АЛИЗАТОР СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССО носится к обласлительных устанализа стати- процессов и их виде электрических автоматическихе значения или ет быть связаратуры контророявлением неовапии самих логических проня движением,Аномальные значения, не свой тистической структуре сигналов гут при их учете привести к гр ностям при оценке характерист систем в процессе их анализа ( при автоматической обработке к погрешностям управления (на монастраивающихся системах) . чаях желательна автоматическая потезы о принадлежности анома ний данной реализации случайн Так как преобразование сигнал физической природы в электрич не представляет затруднений, ра ройства, оценивающие статистич ственные стасистемы, моубым погрешик изучаемых в особенности даых) илиример, в са- Б этих слупроверка гильных значеого сигнала. ов различной еский сигнал ссмотрим устеские свойстПоставленная задача решается предлагаемым устройством на основе проверки расхож дения (или сближения) величины Ос, являюПредлагаемое устройство отсти специализированных вычиройств, предназначенных длястических свойств случайныхоценок.В ряде случаев сигналы всистемах содержат аномальнывыбросы. Их появление мояно как с погрешностями аппаля и регистрации, так и с пнор мал ьностей в функционируправляемых объектов, техноцессов или процессов управлеподвергающихся контролю. ва сигналов, заданных внапряжений.Известные устройства для оценки статистических свойств электрических сигналов путем вычисления функций распределения, корреляционных и дпсперсионных функций, а также спектральных плотностей не производят проверки исходной информации с целью выявления и учета при построеш 1 н указанных статистических характеристик аномальных значении в исследуемых реализациях. Предлагаемое устройство решает задачу автоматической проверки исходного сигнала в указанном смысле в реальном масштабе времени, производя прп этом фиксацию моментов времени, соответствующих аномальным значениям сигналов, Аномальным значением сигнала прн этом считают выбросы, не удовлетворяющие гипотезе о пх принадлежности к данной реализации нли выборке, если анализ ведется в дискретной форме. Это позволит существенно повысить достоверность статистических характеристик сигналов, получаемых с помощью различных автоматических устройств.45 50 55 60 65 щейся квантилем распределения и текущейоценки, определяемой выражением;х (1) - и,.-.,где х и т,.(1) - значения проверяемого сигнала и его текущего среднего соответственно;о,(Ц - текущее среднеквадратическое отклонение сигнала. На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого анализатора; фиг, 2 поясняет работу управляющего устройства,Сумматор 1, выполненный, например, в виде усилителя постоянного тока с глубокой отрицательной обратной связью, подключен к одному из выходов вычислителя 2 текущих среднии текущих среднеквадратических отклонений сигнала (Вычислитель может быть выполнен по известным схемам). Второй выод вычислителя и выход сумматора подсоединены ко входу блока деления 3, содержащего два канала. Первый состоит из аттенюагора и усилителя постоянного тока, охваченного глубокой отрицательной обратной связью с регулируемым коэффициентом усиления, второй - аналогового блока деления, выполненного по типовой семе аналоговой техники,Выход блока деления 3 подключен к амплитудному селектору 4, ко второму входу которого подключено управляющее устройство б. Амплитудный селектор может состоять, например, из усилителя постоянного тока, в цепи обратной связи которого параллельно сопротивлению включены два параллельно соединенных диода, запертых напряжениями смещения, пропорциональными уровню ограничения, последовательно с которыми включен нуль-орган.Управляющее устройство 5 содержит отметчик времени и прецизионный задатчик высокостабилизированных уровней напряжения. Выходы управляющего устройства и амплитудного селектора соединены со входами регистратора 6, имеющего два параллельных канала - усилитель постоянного тока с глубокой отрицательной связью и аналоговый самописец или цифропечатающее устройство. Вместо самописца или печатающего устройства, в случае использования предлагаемого анализатора в совокупности с построителями характеристик случайных процессов, выход регистратора может быть подключен к соот ветствующему входу построителя,Предлагаемый анализатор работает следующим образом.Исследуемый процесс, преобразованный в электрический сигнал, поступает одновременно на воды сумматора 1 и вычислителя 2. Вычислитель методом скользящего сглаживания вычисляет текущие оценки среднего значения реализации и оценку текущего среднеквадр атического отклонения; о 15 го г 5 зо 35 40 12где Т, - интервал сглаживания. Сумматор 1, на второй вход которого поступает оценка текущего среднего с выхода вы. числителя 2, осуществляет центрирование исследуемого процесса, С выхода сумматора центрированный сигнал поступает на один из входов второго канала блока деления, на второй вод которого поступает напряжение с вычисчителя 2, пропорциональное текущему значенио среднеквадратического отклонения о(1). Делитель осуществляет операцию деления в соответствии с выражением (1).В том случае, если случайный процесс стационарен, и известны оценки статистических характеристик математического ожидания и среднеквадратического отклонения, вычисли. тель подает на вход сумматора напряжение смещения, пропорциональное математическому ожиданию. Операция деления центрированного сигнала на сигнал, пропорциональный среднеквадратическому отклонению, осушествляется при этом первым каналом блока деления на постоянный коэффициент с помощью аттенюатора.С выхода блока деления 3 сигнал, пропорциональный оценке Еl(Е) поступает в амплитудный селектор 4. Управляющее устройство 5 с помощью прецизионных делителей стаби. лизированного напряжения постоянного тока по принятому значению доверительной вероятности и соответствующему этому значению квантилю /о устанавливает пороги ограничения по верхнему и нижнему уровням ограничителей, в соответствии с кривой, приведенной в качестве примера на фиг. 2 для количества элементов в выборке, равного 25. Таким образом, пока сигнал оценки не пре. вышает установленных порогов ограничения, он беспрепятственно проходит через амплитудный селектор. В момент равенства модуля сигнала оценки С/ установленному порогу ограничения открывается в зависимости от знака сигнала Е/(Ц один из диодов в обрат. ной связи усилителя и он шунтируется этим диодом так, что напряжение на его выходе становится равным нулевому уровню, Этот эффект равносилен замене выброса случайного процесса его средним значением. Г 1 ри равенстве сигнала У по модулю напряжению запирания диода срабатывает нуль-орган, включенный последовательно с цепочкой из параллельно соединенных диодов обратной связи усилителя, в результате чего в регистрирующее устройство поступает признак наличия выброса (например, кратковременный импульс напряжения). Регистрирующее устройство б,имеет два выхода по числу его каналов. Первый канал регистрирующего устанки актор Зака ЦНИ 38335 Изд. 1494 Тирани 473ПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Соне Москва, ЯС.35, Раушская наб д. 4 у 5 ПодписноеМинистров ССС 1 Типография, пр, Сапунова, 2 ройства - усилитель постоянного тока - осуществляет передачу на выход устройства центрированного сигнала У(1).Второй канал осуществляет регистрацию сигнала У в виде непрерывной кривой, либо в виде последовательности цифр, отпечатанных на бумажной ленте. Поступающий во второй канал из аплитудпого селектора 4 признак наличия выброса фиксируется рядом с соответствующим нулевым значением сигнала У. Отметки времени, поступающие при этом в регистрирующее устройство также фиксируются регистратором на графике или бумажной ленте, что позволяет установить момент времени, соответствующий появлению выброса,Таким образом, наличие в анализаторе случайных процессов помимо вычислителя текущих статистических оценок сумматора, блока деления, амплитудного селектора, управляющего и регистрирующего устройств позволяет производить автоматическую проверку выбросов динамических процессов с одновременным исправлением наблюдаемых аномальных значений и фиксацией момента их появления,Предмет изобретения5 Анализатор случайных процессов, содержащий сумматор, связанный со входной клеммой и с одним из выходов вычислителя текущего среднего и среднеквадратичного отклонения исследуемого сигнала, амплитудный 10 селектор, управляющее устройство и регистратор с двумя входами, отличающийся тем, что, с целью автоматизации проверки выбросов случапного процесса с одновременным исправлением аномальных значений и фикса цией моментов их появления, оп содержитблок деления, связанный входом первого канала с сумматором, а входом второго канала - с выходом вычислителя текущего среднеквадратичного отклонения, причем выход 20 блока деления подключен к одному пз входовамплитудного селектора, второй вход которого соединен с управляющим устройством с двумя выходами, один пз которых связан с регистратором, второй вход которого подклю чен к выходу амплитудного селектора.