Устройство для определения автокорреляционной функции узкополосного случайного процесса

Своз Советских Социапистических Республик(22) Заявлено 110178 (Л) 2570194/18-24 с присоединением заявки Но(23) Приоритет 6 06 6 7/19 Государственный комитет СССР по делам изобретениИ н открытий(71) Заявитель Ленинградский институт авиационного приборостроения(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ УЗКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССАИзобретение относится к областиаппаратурного определения основных статистических характеристик стационарных случайных процессов и можетбыть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, при исследовании систем автоматического управления, биологических систем, акустических явлений и в других областях, имеющих связь со случайными процессами. 1 ОИзвестно устройство 1, содержащее блок регулируемой задержки, смеситель, модуляторы, блок умножения,блок усреднения, генератор гармонии.Недостаток аналога 1) связан с 15отсутствием возможности непосредственного анализа шадрины спектра.Известно устройство 21 для определения автокорреляционной функцииузкополосного случайного процесса, 20Это устройство 21 основано на использовании широко распространенного принципа умножения. Оно состоит из последовательно соединенных аттенюатора, блока умножения частоты; преобраэователя частоты, второй вход которого через блок автоподстройки частоты подключен к выходу аттенюатора, блока умножения, блока усреднения и блока регистрации, причем второй вход 30 блока умножения подключен к,выходу блока регулируемой задержки, вход которого соединен с выходом преобразователя частоты,Известное устройство позволяет определить оценки орди-нат автокорреляционной функции (АКФ) Е(с) исследуемого случайного процесса (1) при различных задержках. Особенностью известного устройства является осуществляемое в нем предварительное нелинейное преобразование исследуемого процесса, Такое преобразование дает возможность значительно сократить время корреляции исследуемого процесса (или, что то же самое, расширить. спектр исследуемого процесса) и сохранить при этом подобие фор" мы его автокорреляционной функций. В свою очередь это позволяет снизить требования, предъявляемые к блоку ре- гулируемой задержки, и упростить техническую реализацию устройства,Однако известное устройство имеет недостатки, Как правило, при проведении корреляционных измерений возникает ряд дополнительных вопросов. В первую очередь к такимвопросам относятся: вопрос о количестве ординат АКФ, которыенеобходимо определить при измеренияхт вопрос о величине интервала А. между измеряемыми ординатами, т.е. вопрос о шаге измерений. Ответ на эти вопросы можетбыть дан лишь при наличии данных охарактере исследуемого случайногопроцесса(1), в частности о ширинеспектра исследуемого процесса. Известное устройство не позволяет получать такие данные до приведения основных измерений. Априорное получениедаже грубых оценок ширины спектраиграет большую роль в практике ста,тистических измерений, так как этонепосредственно связано с сокращениемизбыточности, временем измерений ивопросами точности проводимых измерений, Желательно, чтобы такая оценка осуществлялась перед анализом АКФй сравнительно простыми средствами.Это особенно важно при исследовании: узкополосных процессов, так как дляних характерны большие значения вре мени кбординации.Белью данного дополнительного изо-;бретения является расширение функциональных возможностей известного устройства путем оценивания ширины процесса и, как следствие, сокращениевремени анализа АКФ за счет возможного уменьшения избыточности измерений.Укаэанная цель достигается введением в известное устройство последовательно соединенных расстроенногопо частоте резонансного усилителя ипервого Формирователя импульсов, второго формирователя импульсов, реверсивного счетчика и блока индикации,вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, входы которогосоединены соответствено с выходамипервого и второго формирователя импульсов, причем вход расстроенногопо частоте резонансного усилителясоединен с выходом преобразователячастоты, а вход второго формирователя импульсов подключен к выходуаттенюатора.Введениеэтих блоков позволяетнепосредственно (без промежуточныхвычислений) оценить значение второгоцентрального спектральногомомента,являющегося обобщенной характеристикой ширины спектра исследуемого процесса. Содной стороны, это расширяетФункциональные возможности известного измерителя, а с другой стороны,позволяет по получейным данным рационально (обоснованно) выбрать шагизмерений АКФ и за счет этого сократить избыточность измерений (а следовательно, и время, затрачиваемоена определение корреляционной функции) .Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.Устройство дляфопределения авто корреляционной, функции узкополосногослучайного процесса (фиг. 1) содер- .,жйт аттенюатор 1, блок 2 умножения бО 65 значение ординаты Е( АКФ исследуемого узкополосного случайного процесса. Учитывая, что блоками 5, б, 7ведется обработка предварительно преобразованного процесса, блок 8 регистрации"по значениям автокоррелячастоты, преобразователь 3 частоты,блок 4 автоподстройки частоты, блок 5умножения, блок б регулируемой задержки, блок 7 усреднения и блок 8регистрации. К выходу аттенюатора 1подключен формирователь 9 импульсов,а к выходу преобразователя 3 частотыподключены также поледовательно соединенные расстроенный по частоте резонансный усилитель 10, Формирователь 11 импульсов, реверсивный счетчик 12 и блок 13 индикации, причемвторой вход реверсивного счетчика 12подключен к выходу формирователя 9импульсов.Работа описываемого устройстваосуществляется следующим образом,Исследуемый узкополосный случайный процесс(1) через аттенюатор 1 20 (а при необходимости усилитель) подается на блок 2 умножения частоты.В общем случае на входе блока 2 исследуемый процесс характеризуетсясредней частотой МРд и коэффициентом д корреляции В = Во(.с) соз 1 юР. Блок2 умножения частоты имеет коэффициентумножения К, и с его выхода снимаетсясигнал со средней частотой Еыо и корреляционной функцией, характеризуемой коэффициентом корреляции В(т)= В"соэ 1 ю 7. Показатель степениощ определяется здесь номером выделяемой спектральной полосы, т.е. коэфФициентом умножения блока 2. Средняячастота )М) процесса, подвергшегосяумножению, вновь понижается до исходной частоты Ы с помощью преобра-.зователя 3 частоты, гетеродин которого синхронизируется средней частотойисследуемого процесса(1) с помощью 40 блока 4 автоподстройки частоты, Таким образом случайный процесс на вы. -ходе блока преобразования частотыбудет иметь среднуюю частоту , акоэффициент корреляции Вф = 45 = В (с) созьо Проводимое Умножениеочастоты с последующим преобразованием частоты позволяет примерно в Ераз уменьшить время корреляции ис, следуемого узкополосного процесса, аследбвательно, во столько же раз снизить требования, предъявляемые к блоку б регулируемой задержки. Предварительно преобразованный случайныйпроцесс с блока 3 поступает на блок 5умножения, а также на вход блока брегулируемой задержки, После перемножения мгновенных значений прямого изадержанного процесса, а также усреднения в блоке 7, блок 8 регистрации автоматически регистрирует одно6 744632 13 индикации по величине Ющ может выдавать данные как о значении ВЦСМ; так и о эначении тор. Следует заметить, что измерение ВЦСМ блоками 10, 11, 12, было произведено для предварительно преобразованного процесса. Это целесообразно по той причине, что преобразованный процесс имеет в К раз шире энергетический спектр и измерения величины ВЦСМ будут проводиться с меньшими погрешностями. Кро- . ме того, блоками 5, 6, 7 обрабатыва,ется также предварительно преобразованный процесс, Приизвестном значении показателя степени ш величина ВЦСМ преобразованного процесса (прй желании) всегда может врыть выражена ,через ВЦСМ исходного процесса.Определив значение ВЦСМ (или значением:р ) и задавшись необходимой точностью определения АКФ, можно рационально выбрать шаг измерений Ьс .Таким образом, описанное устройство позволяет достаточно просто получать дополнительную информацию о статистических свойствах исследуемого случайного процесса, что расши- ряет его Функциональные овзможности. Определение второго центрального спектрального момента позволяет при заданной точности измерений автокор" реляционной функции сократить избы-. точность измерений и, следовательно, значительно сократить время, требую щееся для определения автокорреляционной Функции. Устройство для определения авто-корреляционной функции узкополосногослучайного процесса по авт. св.Р 485464, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что с целью расширения функциональных возможностей за счет определения ширины спектра процесса, вустройство введены последовательносоединенные расстроенный по частотерезонансный усилитель и первый фор"мирователь импульсов, второй формирователь импульсов, реверсивный счегчик и блок индикации, вход которОгоподключен к выходу реверсивного счетчика, входы которого соединены соот-ветственно с выходами первого и второго формирователя импульсов, причем;вход расстроенного по частоте резонансного усилителя соединен с выходомпреобразователя частоты, а вход второго формирователя импульсов подключен к выходу аттенюатора,Источникиинформации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 174851, кл. 6 06 6 7/19, 1964.2. Авторское свидетельство СССРФ 485464, кл. С 06 0 7/19, 1975. 5ционной функции преобразованного процесса должен автоматически вычислятьзначение ординаты к(г) АКФ. Эта операция при известном значении показателя степени п может осуществляться(в простейшем случае) с помощью соответствующей градуировки шкалы блока регистрации,Первая ордината 1(т) АКФ обычноопределяется при нулевых значенияхзадержки, вторая ордината )с(;) снимается при г = Ли т.д. Выбор шагаизмерений ь. непосредственно влияетна точность определения АКФ, на избыточность измерений и на время измерений. Для обоснованного выбора шагаизмерений необходимо определить ширину спектра исследуемого процесса. Впредлагаемом устройстве для этогослужат блоки 9, 10, 11, 12, 13. Навход блока 10 подается предварительно преобразованный случайный процесс,коэффициент корреляции которого равен В(т), а средняя частотаяр может быть выражена через спектральнуюплотность (о 4 этого процесса, какОО 25и=,) и-М)о(и/6(со)би,о оБлок 10 представляет собой расстроенный по частоте резонансный усилитель. Его параметры выбираются такимобразом, чтобы частоты м находилась ЗОв середине приближенно линейногоучастка одной из ветвей его амплитудно-частотной характеристики А(оз). Приэтом процесс на выходе блока 10 будет иметь спектральную плотность 35.На реверсивный счетчик 12 подаютсяимпульсы с первого Формирователя 11 40импульсов и второго формирователя 9импульсов. При этом среднее число импульсов в единицу времени, поступающих с блока 11, характеризуют среднюю частоту оО, а импульсы с блока 9характеризуют среднюю частоту ио исследуемого процесса. Реверсивныйсчетчик 12 выдает показания, пропорциональные разности частот Юы=оо-шо,При использовании в блоке 10 приближенно линейного участка амплитудно-частотной характеристики значениеАф.(в) может быть представлено какА (ш) = ао+ а ьэа в а значениеди)=Оэ - и =М (6), где- постоянныйксэффициент, ойределяемый по характеристике А о), а МДб) - второй центральный спектральный момент (ВЦСМ) .Второй центральный спектральный мо"мент характеризует спектральную дисперсию процесса и является обобщенной 60характеристикой ширины спектра случай"ного процесса. Кроме того, значениеВЦСМ однозначно связано с временемкорреляции скор процесса, так как744632 ктор И. Грузова ь В. ЖовинскийБирчак Корректор Ю. Макаренк тавит ред я 64/ л ППП Патент,ул. Проектная,Ужг РедаФФ 46 ЖМЙЭЖ дММ, чю. - ,.-;Заказ Тираж 751 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений 13035, Москва, Ж, РаушПодписноекомитета СССРи открытийкая наб., д. 4/5