Устройство для вычисления дисперсии случайных сигналов

(19) (11) 4(51) 6 06 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРСК а ервым входоторой вход го сумматвого умнож ото ител ен к выходу квадратора,бъединен с входом перющего блока и первымля и соединен с выхои, вход записи котос входами установки го подклю Ленина оникид кот ого аби ита ого мас входом дом блока рого объе в ноль вт МЯ триггера ыходу эл третьег и счетн мента з и подключ ки, первь объединен ля, инфор ти и подкл ен к й вх с в уммато орым вход читат ационным в м блока памя второго ключен к выхо ходу первого ключа, о т щ е е с я тем, что, с ц ния точности вычисления, дены второй, третий и че сумматоры, второй тригге задержки, блок памяти, и ичаюью повьпп него вв тверт емен овыи емент, вычитател е 1 и и втор умножители, первый ибирующие блоки, перви второго сумматоровсоединены с выходомвый вход которого поному выходу второговход элемента И объеэлемента задержки идом элемента ИЛИ, пего подключен к выход второи масштае входы первогобъединены и лемента И, перключен к инверсриггера, второйинел с входомоединен с выхое рым ы 1 й вход кото переполнения оо вым РСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Уфимский ордена авиацион ный институт им. Ордж зе (53) 681,333(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР У 219905, кл. С 06 С 7/19, 1968.2. Авторское свидетельство СССР М 304584,кл.С 06 Р 15/36,1971 (прототип) (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее первый триггер, первый и второй.ключи, квадратор, счетчик, элемент ИЛИ, элемент И, первый сумматор, выход которого является выходом устройства, управляющие входы первого и второго ключей объединены и соединены с выходом первого триггера, вход установки в единицу которого является входом запуска устройства, счетный вход счетчика подключен к вы етчика, информационный выход котого соединен с вторым входом второча, выход первого масштабирующегоблока соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, второй вход которого объединен с входом порогового элемента исоединен с выходом вычитателя, выходвторого умножителя подключен к входувторого масштабирующего блока, выходкоторого соединен с первым входомчетвертого сумматора, второй входкоторого подключен к выходу первогоумножителя, выход четвертого сумматора соединен с вторым входом первогосумматора, выход второго сумматораподключен к входу установки в нольпервого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки Эф ницу второго триггера, выход ового элемента соединен с вто ходом элемента ИЛИ, другие вх рвого и второго ключей являют етственно информационным и так входами устройства.Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенных, например, для статистической обработки результатов измерений.Известно устройство, использующее дополнительный шум, закон распределе ния амплитуд которого соответствует абсолютной величине случайного сигнала, содержащее сумматор и умножитель 1.Недостатком этого устройства является малая точность, вызванная тем,1 О 15 что вычисление дисперсии осуществляется в аналоговой Форме.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для вычисления дисперсии случайного сигнала, центрированные отсчеты на входе которогопредставлены число-импульсным кодом,содержащее ключ тактовых импульсов,подключенный через счетчик тактовыхимпульсов ко входу триггера запуска,выход которого соединен со входом 20 25 во возводит в квадрат отдельно каждый отсчет, а затем осредняет их 121,Недостатками известного устройства являются малая точность и большое время вычисления дисперсии. Это обусловлено тем, что данное устройство не учитывает коррелированности соседних отсчетов, а осреднение производится не по времени измерения, а почислу отсчетов. Цель изобретения - повышение точности вычисления.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для вычисления дисперсии случайных сигналов, содержащее первый триггер, первый и второй ключи, квадратор, счетчик, эле 40 мент ИЛИ, элемент И, первый сумматор,выход которого является выходом уст:ройства, управляющие входы первогои второго ключей объединены и соедииены с выходом первого триггера, вход установки в единицу которого является входом запуска устройства, счетный вход счетчика подключен к выходу первого ключа, введены второй, третий и четвертый сумматоры, второйтриггер, элемент задержки, блок памя ти, пороговый элемент, вычитатель первый и второй умножители, первый и второй масштабирующие блоки, первые входы первого и второго суммато. ключа отсчетов, и сумматор. Устройстров объединены и соединены с выходом элемента И, первый вход которого подключен к инверсному выходу второФго триггера,. второй вход элемента И объединен с входом элемента задержки и соединен с выходом элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу переполнения счетчика, информационный выход которого соединен с вторым входом второго сумматора и с первым входом первого умножителя, второй вход которого подключен к выходу квадратора, вход которого объединен с входом первого масштабирующего блока и первым входом вычитателя и соединен с выходом блока памяти, вход записи которого объединен с входами установки в ноль второго триггера и счетчика и подключен к вы ходу элемента задержки, первый вход третьего сумматора объединен со вторым входом вычитателя, информационным входом блока памяти и подключен к выходу второго ключа, выход первого масштабирующего блока соединен со вторым входом третьего сумматора, выход которого подключен к первому входу второго умножителя, второй вход которого объединен с входом порогового элемента и соединен с.выходом вычитателя, выход второго умножителя подключен к входу второго масштабирующего .блока, выход которого соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого сумматора соединен со вторым входом первого сумматора, выход второго сумматора подключен к входу установки в ноль первого триггера, прямой выход которого соединен с входом установки в единицу второго триггера, выход порогового элемента соединен со вторым входом элемента ИЛИ, другие входы первого и второго ключей являются соответственно инФормационным и тактовым входами устройства. На чертеже схематически представлена блок-схема предлагаемого устрой. ства.Устройство содержит ключи 1 и 2, триггеры 3 и 4, блок памяти 5, сумматор 6, вычитатель 7, масштабирующий блок 8, квадратор 9, умножитель 10, сумматор 11, умножитель 12, масштабирующий блок 13, сумматор 14, счетчик 15, сумматор 16, эле1142849 3мент ИЛИ 17, пороговый элемент 18,элемент задержки 19, элемент И 20.Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии триггеры 3и 4 и сумматоры 14 и 16 сброшеныв нуль и в счетчике 15 записано число на единицу меньше максимального.Ключи 1 и 2 закрыты, а элемент И 20открыт. 10Импульс пуска переводит триггер 4,а затем и триггер 3 в единичное состояние, в результате чего ключи 1 и 2открываются, и элемент И 20 закрывается. Первый отсчет хпоступает 15на вход блока памяти 5. Соответствукнций ему тактовый импульс черезключ 2 дополняет счетчик 15 до максимального значения. В результатезаполнения на выходе счетчика 15 20появляется импульс, который, пройдяэлемент ИЛИ 17 и элемент задержки 19,записывает в блок памяти 5 первыйотсчет х,1, сбрасывает триггер 3 исчетчик 15 в нуль, элемент И 20 открывается. Второй отсчет х поступаетна входы блока памяти 5, сумматора 6и вычитателя 7, а второй тактовыйимпульс записывает в счетчике 15единицу. При этом возможны два случая.Если х отличается от х тона выходе вычитателя 7 образуетсяразность х-х, которая в пороговомэлементе 18 преобразуется в импульс.Этот импульс проходит через элемент ИЛИ 17 и элемент И 20 и поступает на управляющие входы сумматоров 14 и 16, а через элемент задержки 19 - на управляющие входы блокапамяти 5 и счетчика 15. В результатеэтого в сумматоре 14 записываетсясреднее значение квадрата измеряемого сигнала между двумя отсчетами хи х, в сумматоре. 16 - единица,в блоке памяти 5 - последний отличающийся отсчет х, а счетчик 15 сбрасывается в нуль. Если х =х, то импульс на выходепорогового элемента 18 не образуется,в результате чего при повторяющемсяотсчете только показание счетчика 15увеличивается на единицу. С приходом третьих отсчетов и тактового импульса снова возможны те же два случая, При получении повторяющегося отсчета в счетчике 15 прибавляется единица. При получении же отличающегося отсчета на входах сумматоров 16 и 14 образуются соответственно время между двумя отличающимися отсчетами и среднее значение квадрата центрированного сигнала за это время. Эти значения суммируют ся с уже имеющимися в сумматорах 16 и 14, и процесс продолжается.Счетчик 15 имеет конечную емкость. Поэтому при максимальном заполнении счетчика 15 импульс с его выхода проходит элемент ИЛИ 17, производит описанные изменения и сбрасывает на нуль счетчик 15 для следующего заполнения.Когда сумматор 16 достигает значения 100,1000 и т.д., импульс с его выхода возвращает триггер 4 пуска в нулевое состояние, и после перемещения запятой в сумматоре 14 влево на соответствующее число декад на его выходе получается дисперсия Д сигнала.Технический эффект от использования изобретения по сравнению с базовым объектом - комплексом измерителей характеристик случайных процессов Х 6-4/а - заключается в повьппении точности и уменьшении времени вычисления дисперсии случайных сигна лов. Так, для винеровского сигнала при неизменной длительности эксперимента мультипликативная составляющая дисперсии погрешности вычисления уменьшается в 8,57 раз и аддитивная - в 15 раз, И наоборот, при не,изменной мультипликативной составляющей дисперсии погрешности длительность эксперимента уменьшается в 8,57 раз, а аддитивной составляющей - в 15 раз, Этот эффект достигается благодаря тому, что сумматор 14 суммирует квадрат измеряемого сигнала, осредненный с учетом коррелированности отсчетов за время между двумя существующими отсчетами. Кроме того, осреднение ведется не по числу отсчетов, а по времени эксперимента, которое фиксируется сумматором 16.1142849 Составитель И,МухРедактор С.Тимохина Техред С.Легеза Подписка ета СССР открытий ПП Патент, г.ужгород Проектная, 4 или Заказ 739/43 , Ти ВНИИПИ Государ по делам 113035, Москва,Ж аж 710 твенного комиизобретений и5, Раушская н ин Корректор Н.Король