Способ определения статистических характеристик случайного напряжения

СОЮЗ. СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 1820 СПУБЛИ у 5 9/00 ЕНИЯ,ТИСТ ЙНО к злектроизмебыть использостатических оцессов в задаления, технолоии, медицины и тд Цель из ности за с статистиче квантовани Цель до целью повы сации искажри ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Омский политехнический институт(56) Мирский Г,Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов,М.: Энергия, 1972, с.304-309.Лукиных О.Г. Оценка статических погрешнастей метода характеристическихфункций, Сборник; Аппаратные и програм,мные средства магнитных измерений и контроля, Омск, ОмПИ, 1988, с.52-58,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТА И)ЕСЛИ )ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧА ГОНАПРЯЖЕНАЯ(57) Изобретение относится к.электроизмерительной технике и может быть использовано для определения статическиххарактеристик случайных процессов в системах автоматического управления. Сущность изобретения: способ определения. Изобретение относится рительной технике и может вано для определения характеристик случайных пр чах автоматического управ гического контроля, эколог обретения - повышение точчет компенсации искажений ских характеристик шумом тигается тем, что по способу с шения точности за счет компенений статистических характеом квантования формируют статистических характеристик случайного напряжения заключается в усилении в Ч раз исследуемого сигнала, преобразовании выборок сигнала в цифровую форму, которые подвергают косинусному и синусному преобразованиям, а результаты раздельно суммируют по Й выборкам, полученные суммы измеряют и запоминают. Затем вводится образцовый сигнал с характеристической функцией, имеющей только действительную часть. Образцовый сигнал усиливают в Ч .раз, выборки его преобразуют в цифровую форму и подвергают косинусному преобразованию, а результаты суммируют по И выборкам, полученную сумму измеряют и запоминают. Запомненные значения сумм результатов косинусного и синусного преобоазований исследуемого сигнала делят на сумму результатов косинусного преобразования образцового сигнала, а по результатам деления определяют статистические характеристики исследуемого сигнала, 2 ил. образцовый сигнал с известной характеристической функцией, имеющей только действительную часть; выборки образцового сигнала усиливают в Ч раз, преобразуют в цифровую форму, подвергают косинусному преобразованию и суммируют по )ч выборкам, накопленную сумму измеряют и запоминают, запомненные значения сумм результатов косинусного и синусного преобразований исследуемого сигналов делят на сумму результатов косинусного преобразования образцового сигнала, а результаты деления используют для расчета статистических характеристик исследуемого сигнала, 1820339На фиг,1 приведена структурная схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - временные диаграммы его работы.Устройство работает следующим образом,На первом этапе измерения исследуемый сигнал х(1) усиливается в Ч раз в блоке 1 задания Ч, в результате чего получается сигнал Ч(х(т)+Е(1, где ф) - собственный шум блока 1 задания Ч. По команде "Запуск" блока 10 управления в момент времени т 1 в АЦП 2 фиксируется входной аналоговый сигнал Ч(х(1)+2(1 и преобразуется в дискре гной отсчет у(11) = Ч(х(т 1)+411+п(т 1), где п(1) - шум квантования, Далее отсчет у(11) подвергается косинусному и синусному преобразованиям с помощью постоянных запоминающих устройств (ПЗУ). Преобра. зование проводится следующим образом.По команде "Конец преобразования" АЦП 2 согласно коду дискретного отсчета у(11) выбирается адрес ПЗУ и считываются отсчеты Ос(11) = созу(11) и ОВ(11) = зпу(11) с выходов ПЗУ 3 и 4 соответственно, которые по команде "Чтение выполнено" ПЗУ 3 и 4 прибавляются к содержимому накапливающих сумматоров 5 и 6 соответственно.В следующий момент времени т 2 по команде "Запуск" блока 10 управления в АЦП 2 фиксируется входной аналоговый сигнал Ч(х(12)+Е(12 и преобразуется в дискретный отсчет у(12) =- Ч(х(и)+Е(12+п(12), который далее подвергается косинусному и синусному преобразованиям, отсчеты Ос(12) = созу(12) и ОВ(12) = 3 пу(12) прибавляется к отсчетам Ос(11) и ОВ(11) соответственно, а полученные. суммы хранятся в накапливающих сумматорах 5 и б. Далее последовательность операций повторяется до момента достижения заданного объема выборки М, в результате чего в накапливающих сумматорах, 5 и б накапливаются суммы 311 Ч) - 2,сову 1 ц) и Вг 1 Ч) = 2, в 1 пу 1 ц), По достижении обьема)=1выборки )ч блок 10 управления формирует команду записи (нЗапись 1 н накопленных сумм 31(Ч) и 32(Ч) в оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) 7 и 9 соответственно, а накапливающие сумматоры обнуляются. На этом первый этап измере.- ния заканчивается. Учитывая определение характеристической функции (Жх (Ч) = =М(ехр( Чх(т = М(созЧх(т+ +1 М(в 1 пЧх 1 т = совух 1 Ю)мв 1 пухЩ)тЙ=Ах(Ч)+ Вх(Ч), где М 1,) - математическое ожидание; А)1(Ч) и В)(Ч) - соответственно действительная и мнимая части характеристической функции, можно записать, чтоВ 11 Ч) =СОВУ(91=1=15= соз(Ч(х(В)+Е(1+п(1 = Ах(Ч)Ау(Ч)Ап(1)й; =1Яг 1 Ч)"впу(ц) = ВхМАт 1 Ч)Ап 11)л) 101=1при условии, что х(1),2(1), п(1) являются независимыми случайными процессами, причем М(2(1 = М(п(т = О, что на практике имеет место. Таким образом, после первого этапа 15 измерений хранятся суммы 51(Ч) и 2(Ч),пропорциональные действительной и мнимой частям характеристической функции композиции исследуемого сигнала х(1), собственного шума Е(г) блока 1 задания Ч и шума квантования.На втором этапе измерений повторяется последовательность операций первого этапа, но вместо исследуемого сигнала х(т) подключается. образцовый сигнал К(т) с известной характеристической функцией Ак(Ч), В(Ч) = О. В результате в накапливающем сумматоре 5 накоплена сумма Яз(Ч) = =А(Ч)Ал(Ч)Ау)(1 ч, .которая по команде мэапись 2" блока 10 управления записывается 30 в ОЗУ 8, а накапливающие сумматоры обнуляются. По окончании второго этапа измерения содержимое ОЗУ 7 т 8, 9 пересылается в процессор 11, выполняющий вычисления Яф/)Аф/)/Яз(Ч) и Яфl)АЯ/Яз(Ч), в резуль тате которых получаются действительнаяАх(Ч) и мнимая Вх(Ч) части характеристической функции Э 1 х(Ч) исследуемого сигнала х(т) независимо от шумов Е(1) и п(т), Полученные отсчеты Ах(Ч) и Вх(Ч) записываются в 40 ОЗУ процессора 1 1В дальнейшем последовательностиоперацгий первого и второго этапов повторяются при различных Ч(Ч = 1,2,3М). Итак, к моменту окончания измерений в ОЗУ про цессора 11 хранятся отсчеты Ах(Ч) и Вх(Ч),полученные при разных Ч. По этим отсчетам процессор 11 по команде "Вычисления" производит вычисления статистических характеристик исследуемого сигнала х(т) по 50 известным алгоритмам, напримерР)х) = (1/2+, Ах(Ч)совЧх+ВхЯв 1 пух)/жч=1и так далее любых одномерных статических характеристик - функций распределения 55 вероятностей, моментов любого порядка,Таким образом, предлагаемый способпозволяет повысить точность определения статистических характеристик за счет комленсации искажений измеряемыххарактеристик шумами блока задания Ч и АЦП, Это утверждение подтверждается следующим расчетом,допустим определяются статистические характеристики гауссовского случайного процесса с дисперсией о и математическим ожиданием в; равным нулю. Характеристическая функция ВЩтакого процесса Ох(Ч) - А(Ч) - ехр(- (4 Ч 2/2). Допустим далее, что шум блока задания Ч тоже гауссовский с характеристической функцией АЩ = =ехр(-с 4 Ч /2), а шаг квантования равен р. Тогда вместо.функции Ах(Ч) реально будет определена характеристическая функция Ах(Ч)А(Ч)Ал(1) =ехр(-о 3 Ч /2).2,ехр(4 Ч /2)зп(оЧ/2)оН. Пусть сЬ =1 В, п = 0,001 В, ц "0,5 В. Тогда относительная погрешность определения ХФ при Ч=1 составит 1; при Ч=2 - 4, при Ч=3-9,1, при Ч=4-15 ЯЪВ заявляемом способе погрешность за счет шума блока задания Ч и шума квантования компенсирована.Формула изобретен ия Способ определения статистических характеристик случайного напряжения, заключающийся в том, что выборки предварительно усиленного в Ч раэ исследуемого сигнала преобразуют в цифровую форму, цифровые значения выборок подвергают косинусному и синусному преобра зЬваниям, раздельно суммируют по йвыборкам результаты косинусного и синус- ного преобразований, полученные суммы измеряют, запоминают, рассчитывают статистические характеристики исследуемого 10 сигнала по известным алгоритмам, о т л ича ю щи й ся тем, что, с целью повышения точности за счет компенсации искажений исследуемого сигнала шумом квантования, формйруют образцовый сигнал с харектери-15 стической функцией, имеющей только дей; .ствительную часть, выборки образцового сигнала усиливают в Ч раз, преобразуют в цифровую форму, подвергают косинусному преобразованию и суммируют по Й выбор кам, накопленную сумму измеряют и запоминают, запомненные значения сумм результатов косинусного и синусного преобразований исследуемого сигнала делят на сумму результатов косинусного преобра эования образцового сигнала, а результаты .деления используют для расчета статисти.ческих характеристик исследуемого сигнала..Кулакова венно.-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 рои аа 2029 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5