Устройство для определения двумерной плотности распределения распределения вероятностей случайного процесса

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ он 648990 Союз СоветсимиСоциалистически кРеспубпии лнительное к авт. свид-ву ЗаЯвлено 1801,77 (21) 2444328/18-2рисоединением заявкиОб Р 15/3 3) Приоритет дарственный ком СССР делам изобретен и откр ыти й(71) Заявител итехнический институт им А.А. Жданов Горьков УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДВУМЕРНОЙОТНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРОЯТНОСТЕЙ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА сод схесхемство ност Изобретение относится к электрон- ной измерительной аппаратуре.Известно устройство для измерения двумерной плотности распределения вероятностей случайного процесса, содержащее генератор импульсов выборок, схему задержки импульсов, два амплитудно-импульсных модулятора АИМ, два амплитудных дискриминатора, схему совпадения, счетчик импульсов и му, задающую,число выборок 11.Это устройство выполнено на основе метода дискретных выборок. Плотность распределения вероятностей получается посредством измерения средней частоты наступления сложного события, заключающегося в одновременном попадании значений соседних отсчетов в некоторые интервалы, называемые дифференциальными коридорами.Устройство характеризуется сложной конструкцией и имеет низкую точность измерения, поскольку технически очень трудно реализовать аппаратуру со стабильной величиной дифференциального коридора.Наиболее близким по структурнойе к изобретению является устройдля определения двумерной плоти распределения вероятностей случайного процесса, ержащее интегратор, первый и второй компараторы,первые входы которых объединены и являются входом устройства, генератортактовых импульсов, первый выход которого подключен к второму входу первого компаратора, а второй выход подключен к второму входу второго компаратора и через линию задержки кпервому установочному входу триггера,второй установочный вход которогоподключен к выходу первого компаратора, выход второго компаратора через нелинейный преобразователь соединен с первым установочным входомтриггера и с первым входом элемента И, второй вход которого через дифференцирующую цепочку соединен с выходом триггера 2.При измерениях значений плотностираспределения вероятностей сравнивающее устройство выполняется в видедвух амплитудных дискриминаторов, Вчастности, в качестве дискриминаторов могут быть использованы стробируемые компараторы,Этому устройству свойственен высокий уровень аппаратурных ощибок,основными источниками которых являются неточность установки уровней аиаб 48990 лиза и ширины дифференциального коридора и их дрейф.Целью изобретения является повышение точности за счет снижения уров" ня аппаратурных погрешностей при одновременном снижении требований к стабильности работы устройства, бДостигается это тем, что в предлагаемое устройство введены ключ, Фазовращатель, смеситель и два ге" нератора гармонических сигналов, входы которых подключены соответствен О но к третьим входам первого и второго компараторов и к первому и второму входу смесителя, выход которого через фазовращатель соединен с информационным входом ключа, управляющий 15 вход которого поцключен к выходу элемента И, а выход соединен с входом интегратора.На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.ЮУстройство для определения дву. - мерной плотности распределения случайного процесса содержит два компаратора 1 и 2, два генератора гармонических сигналов 3 и 4,генератор тактовых импульсов 5, точнее двух сдвинутых относительно друг друга последовательностей тактовых импульсов 5, триггер б, элемент И 7, дифФеренцирующую цепочку 8, нелинейный преобразователь 9, линию задержки 10, ЗО ключ 11, интегратор 12, смеситель 13, Фазовращатель 14. Выход интегратора является выходом устройства. Один из выходов генератора тактовых импульсов 5 соединен со строби-,рующим входом компаратора 1, а второй выход соединен со стробирующимвходом компаратора 2 и через линиюзадержки 10 с входом установки нулятриггера 6, выход которого через дифференцирующую цепочку 8 соединен содним из входов элемента И 7. Выходкомпаратора 1 соединен с входом установки единицы триггера б, а вьходкомпаратора 2 со свободным входом 45элемента И 7 и через иреобраэователь9 с входом установки нуля триггера б.Один из входов каждого компаратора 1и 2 соединен с источником измеряемого случайного процесса, Смеситель 13, 50фазовращатель 14, ключ 11 и интегратор 12 соединены последовательно,причем управляющий вход ключа 11 соединен с выходом элемента И 7. Выходыгенераторов гармонических сигналов3 и 4 соединены с входами смесителя13 и со свободными входами компараторов 1 и 2,Исследуемый случайный процесс 1 (1) подается на один из входов каждого 60 компаратора 1 и 2, где происходит сравнение значений входного напряжения с напряжениямиЧ, = Б+ асоя (ыг. +,) иЧ = Б + а соз (И 1 4 ф)65 которые подаются на вторые входы компараторов 1 и 2 соответственно с генераторов 3 и 4.Напряжения и Б являются аргументами двумерной плотйости распределения вероятностей и выставлявтся потенциометрами, входящими в схему компараторов,Компараторы 1 и 2 работают в момент действия на них стробимпульсов,подаваемых с генератора тактовыхимпульсов 5, причем стробимпульсы,подаваемые на компаратор 2, задержаны по отношению к стробимпульсам, подаваемых на компаратор 1, на величину, равную Т, Величина задержки вхоцит в двумерное распределение какпараметр определяющий временное расстояние между двумя отсчетами случайчого процесса, совместное распределение которых подлежит измерению.Этот параметр выставляется непосредственно в генераторе тактовых импульсов 5.Если в момент подачи строба на компаратор 1 выполняется неравенство4Ч(1)то на выходе компаратора 1 появляетсяимпульс, который устанавливает триггер 6 в состояние единица.Аналогично появляется импульс навыходе компаратора 2 в момент действия на него строба и при условии выполнения неравенства4( - т)" р, (2)Импульс с выхода компаратора 2проходит на выход элемента И 7, еслитриггер б находился в состоянии единица, т,е. если до этого было выполнено неравенство (1). При этом навторой вход элемента И 7 подаетсяимпульс с дифференцирующей цепочки 8.Этот импульс возникает в результатепереброса триггера 6 в состояниенуль импульсом с выхода компаратора 2, подаваемым на вход установкинуля триггера через преобраэоьатель 9. Если неравенство (2) не будет выполнено, то импульс на выходе компаратора 2 не появится, но триггер б все равно будет переброшен в состояние нуль стробимпульсом, который подается на компаратар 2 и через линию задержки 10 на вход установки нуля триггера б. Нелинейный преобразователь 9 предназначен для того, чтобы задержанный стробимпульс одновременно не прошел на выход элемента И 7, С приходом очередного строб- импульса на компаратор 1 аналогичный цикл работы устройства повторяетсяТаким образом, вероятность появления импульса на выходе элемента И 7 равна вероятности осуществления сложного события, заключающегося в одновременном выполнении неравенств (1) и (2) . Указанная вероятность сов648990 функции которого выполняет ключ 11и интегратор 12. В качестне опорногосигнала используется гармоническоеколебание на разностной частоте(ж - Ж 2), которое вырабатывается смесителем 13 и через перестраиваемыйфазовращатель 14 подается на ключ 11.фазовращатель необходим для того,чтобы фаза опорного колебания совпадала с фазой гармонического колебания (б). Без фазовращателя разностьфаз между указанными колебаниямиравна ж с, При изменении смещений(3 и (3 напряжение на выходе интегратора йо форме будет повторять зависимость плотности распределениявероятностей 3,(32) от аргументов (3 и (3Использонайный в устройстве методизмерения функции й 3,(32) эквивалентен измерению амплитуды полезнойсоставляющей (б) в присутствии других спектральных составляющих математического ожидания (5) и шума, которым является величина, равная раз"ности(Ц - ( (г.). Измерениеосуществляется с помощью коррелятора с предварительной дискретизацией.Частота дискретизации должна выбираться в соответствии с теоремой Котельникова, т.е. она должна быть вышеграничной частоты измеряемого случайного процесса. Точность измерения растет с уменьшением амплитуда и а, гармонических колебанийи с унеличением постоянной нремениинтегратора.Одновременно с измерением плотности Й 3, Б) можно измерять совместнуюфункцию распределения Р 3, ф еслив предлагаемое устройство добавитьизмеритель постоянной составляющейна выходе элемента И 7,Измеряя аналогично амплитуды других спектральных составляющих математического ожидания (5), можно одновременно измерять такие величины как,дд 2 й О 2) дддЯ,Ог (д 2 О 01ди,двац,сайаг(О,О,) падает с совместной функциеи распределенияРй ( Чг= Р 1(3(МЧ;ц( -) ч).Момент возможного появления импульса на выходе элемента И 7 амплидтуда которого будет равна единице, совпадает с моментом действиястробимпульса на компаратор 2. Напряжение на ныходе элемента И 7 вуказанный момент времени можно рассматривать как случайную величину,которая принимает два значения, равные единице и нулю, соответственнос вероятностями, равными Р и 1-Р,причем значение вероятности Р совпадает со значением совместной функ- д 5ции распределения (3) в момент появления импульса.Каждой паре отсчетов измеряемого, случайного процесса, взятых на расстоянии, ранком т;, соответствует своя Жслучайная величина (, . ,сли вообразить, что эта пара отсчетов непреывно перемещается по оси нремени,то случайная величина ф будет функцией времени, т.е. будет представ-лять собой случайный процесс(1) ..Таким образом, реальную последовательность случайных величин можно рассматривать как выборку из указанного случайного процесса, который имеет математическое ожиданиеа (г) ) = Г Г(д д 2) (4)Математические ожйдания указанныхслучайных величин образуют выборкуиз математического ожидания (4) .Амплитуды гармонических колебанийа и а 2 выбираются много меньшестандартного отклонения шума Г поУэтому выражение для математическогоожидания (4) можно разложить в рядТейлора в окрестности точки с координатами (3. и (32гдед 123(3 г), (о О )ацаОгизмеряемая двумерная плотность распределения вероятностей.Составляющая математического ожидания1(О,Ог)аа сов(ю-ыг)+60(1 2 г (6) выполняет функции подлежащего измерению сигнала.Для измерения величины указанного сигнала используется коррелятор, 65 Эти величины определяют амплитуды спектральных составляющих соответстх ф дд 2, 2 дд 2 фПредлагаемое устройство для определения двумерной плотности распределения вероятностей случайного процесса выгодно отличается от известных тем, что позволяет снизить уровень аппаратурных погрешностей.Формула изобретенияустройство для определения двумер.ной плотности распределения вероятностей случайного процесса, содержащее интегратор, первый и второй комБараторы, первые входы которых объеди648990 Составитель В. ЖовинскийРедактор Е, Гончар Техред Н. Бабурка Корректор Л. ВасилинаЗаказ 559/46 Тираж 779 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035 Москва, ЖРаушская наб. д. 45 Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 нены и являются входом устройства,генератор тактовых импульсов, первыйвыход которого подключен к второмувходу первого компаратора, а второйвыход подключен к второму входу второго компаратора и через линию задержки к первому установочному входутриггера, второй установочный входкоторого подключен к выходу первогокомпаратора, выход второго компаратора через нелинейный преобразователь соединен с первым установочнымвходом триггера и с первым входомэлемента И, второй вход которого через.дифференцирующую цепочку соеди,нен с выходом триггера, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности, в устройство введены ключ, фазовращатель, смесительи два генератора гармонических сигна" лов, выходы которых подключены соответственно к третьим входам первого и второго компараторов и к первому и второму входу смесителя, выход которого через фазовращатель соединен с информационным входом ключа, управ ляющий вход которого подключен к вы"ходу элемента И, а выход соединен с входом интегратора. Источники информации, принятые во 10 внимание при экспертизе1, Грибанов Ю.И., Веслова Г.П.,Андреева В.Н. Автоматические цифровые корреляторы. М., Энергия,1972, с. 334.2. Мирский Г.Я. Аппаратурное определение характеристик случайныхпроцессов. М., Энергия, 1967,с. 161.