Устройство для определения корреляционных характеристик случайного процесса

(9) 4(51) С 06 С 7/ ВЕННЬЗЙ НОМИТИЗОБРЕТЕНИЙ ГОСУДАРСПО ДЕЛ СССР ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1, Жовинский ВКорреляционные устр. "Энергия", 1974.2, Авторское свидетельство СССР В 559249, кл. С 06 С 7/ 19, 1977 (прототий).(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧМЕНОГО ПРОЦЕССА, содержащее первый элемент НЕ, многозвенные фильтры р 1-го и-го порядков, входы которых объединены и являются входом устройства, выход многозвенного фильт; - ра п 1-го порядка соединен с первым входом сумматора, выход многозвен- ного фильтрая -го порядка соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого объединен с входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу первого блока усреднения, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения тосности измеренияв него введены второй блок усреднения, второй элемент НЕ, квадратор,два коммутатора и генератор тактовыхимпульсов, выход которого соединенс управляющими входами коммутаторов,первый информационный вход первогокоммутатора подключен к выходу пер-.вого элемента НЕ, вход которого объединен с вторым информационным входомпервого коммутатора, с входом многоэвенного фильтра п-го порядкаи является входом устройства, выходпервого коммутатора соединен свторым входом сумматора, третий входкоторого подключен к выходу второгоблока усреднения, вход которого подключен к выходу ключа, выход сумматора через квадратор соединен с первым информационным входом второгокоммутатора и входом второго элемента НЕ, выход которого соединен с вторым информационным входом второгокоммутатора, выход которого соединенс .входом первого блока усреднения,1164742 1Изобретение относится к специализированным средствам вычислитель ной технике и предназначено для изме. рения корреляционных характеристик случайных процессов, представленных в аналоговой форме.Известно устройство для опреде, ления корреляционных характеристик . случайного процесса, содержащее многозвенный фильтр, вход которого10 является вхоДом устройства и подклю. чен к информационному входу ключа и к первому входу блока умножения, выход которого через последовательно соединенные блок усреднения и широт но-импульсный модулятор подключен к управляющему входу ключа, выход которого соединен с первым входом. блока вычитания, второй вход которого подключен к выходу многозвенного фильтра, а выход соединен с вторымвходом блока умножения 11.Однако это устройство не позволяет оценивать отношение двух моментовразличных порядков автокорреляционной функции одного случайного процесса.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому объектуявляется устройство для определения З 0корреляционных характеристик случайного процесса, содержащее многозвенные фильтры п 1-го и -го порядков, входы которых объединены и являютсявходом устройства, инвертор, ключ, З 5сумматор, первый вход которого соединен с выходом многозвенного фильтра Р-го порядка, а второй вход - черезинвертор с входом ключа, информационный вход которого соединен с выходом 40многоэвенного фильтра ( -го порядка,блока умножения, входы которого подключены соответственно к входу устройства и к выходу сумматора, а выход через последовательно соединенные блок усреднения и широтно-импульсный модулятор к управляющему входуключа и к входу блока регистрации 2 .Это устройство позволяет оценивать отношение двух моментов различных порядков автокорреляционнойфункции одного случайного процесса,Однако оно характеризуется недостаточной точностьюи сложно в изготовлении, так как содержит в своем составе конструктивно сложный блок умножения. Накопленная аппаратурная. .погрешность на выходе блока умножения за счет дрейфа его усилителей, температурной нестабильностии т.д.приводит к снижению точности установки относительной длительности импульса на выходе широтно"импульсного модулятора, а тем самым к снижению точности оценки отношения двух моментов различных порядков нормированной автокорреляционной функции одного случайного процесса.Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение устройства. Укаэанная цель достигается тем, что в устройство для определения корреляционных характеристик случайного процесса, содержащее элемент НЕ, многоэвенные фильтры в-го и о-го порядков, входы которых объединены и являются входом устройства, выход многозвенного фильтра в-го порядка соединен с первым входом сумматора, выход многозвенного фильтра и-го порядка соединен с информационным входом ключа, управляющий вход которого объединен с входом блока регистрации и подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого подключен к выходу первого блока усреднения, введены второй блок усреднения, второй элемент НЕ, квадратор, два коммутатора и генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с управляющими входами коммутаторов, первый информационный вход первого коммутатора подключен к выходу первого элемента НЕ,вход которого объединен с вторым информационным входом первого коммутатбра, с входом многозвенного фильтра в-го порядка и является входом устройства; выход первого коммутатора соединен с вторым входом сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго блока усреднения, вход которого подключен к выходу ключа, выход сумматора черезквадратор соединен с первым йнформационным входом второго коммутатораи входом второго элемента НЕ, выходкоторого соединен с вторым информационным входом второго коммутатора,выход которого соединен с входом первого блока усреднения. На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство для определения корреляционных характеристик случайного164742 4Исследуемый центрированный случайоный процесс х(с) поступает на вход устройства, С выхода многозвенного фильтра 1 с импульсной характеристи кой Н(с,) сигналЖ(3) О, не)к(1 ь.1 Д о поступает на первый вход суммато 10 ра 7. На второй вход сумматора 7поступает сигнал П с выхода блокаусреднения 5.1 и равен 15 где с 1 = 0,1,2 - порядок оцениваемого момента,элементы НЕ 3,1 и 3,2, ключ 4, блоки 5.1 и 5.2 усреднения, коммутаторы 6.1 и 6.2, сумматор 7, квадратор 8, широтно-импульсный модулятор 9, генератор 10 тактовых импуль 25сов и блок 11 регистрации, входымногозвенных фильтров 1 и 2 элемент НЕ 3.1 и соответствующий инфор-мационный вход коммутатора 6. 1 объ- .единены и являются входом устройст- З 0ва, первый информационный вход коммутатора 6.1 соединен с выходомэлемента 3.1, выход многозвенногофильтра 1 непосредственно подключенк первому входу сумматора 7, а выход. 35многозвенного фильтра 2 через последовательно соединенные ключ 4 иблок 5.1 усреднения подключен к дру.гому входу сумматора 7, последнийвход которого соединен с выходом ком мутатора 6.1, вход квадратора 8соединен с выходом .сумматора , аего выход - непосредственно с первыминформационным входом и через элемент НЕ 3.2 со вторым информационным 45входом коммутатора 6.2, выход которого через последовательно соединенные блок 5.2 усреднения и широтноимпульсный модулятор 9 подключенк управляющему входу ключа 4 и к вхо ду блока 11 регистрации, выход генератора 10 тактовых импульсов подклю"чен к управляющим входам коммутаторов 6.1 и 6.2,55Устройство для определения корреляционных характеристик случайногопроцесса работает следующим образом. 3процесса содержит многозвенныйфильтр 1 ш-го порядка, импульснаяпереходная характеристика которогоравнагнр: - ",ф,у., Ягде Т - постоянная времени каждогозвена;п=1,2, - количество звеньев;ш=0, 1,2 - порядок оцениваемогомомента;многозвенный фильтр 2 о-го порядка,импульсная переходная характеристикакоторого равна я- Р1 л К(4) огде(с) - коммутационная функцияключа 4, равная "А" вовремя о замкнутого ключаи равная -А во времягТ-с открытого ключа;Т - период следования импульсов широтно-импульсногомодулятора 9;А - постоянная величина.При нахождении коммутаторов 6.1 и 6.2 в положении как показано на чертеже, на выходе сумматора 7 имеем сигнал а на выходе квадратора. 8 и на входеблока усреднения 5,2 имеем сигнал При нахождении коммутаторов 6. 1 и 6.2 в положении, противоположном изображенному на чертеже, на вЫходе сумматора 7 имеем сигнал на выходе квадратора 8 сигнал а на входе блока усреднения 5.2И имеем сигнал со знаком минус Ц 4,Генератор 10 тактовых импульсов, управляя коммутаторами 6. 1 и 6. 2, осуществляет принцип временного разделения сигналов, позволяет получить на входе блока 5.2 усреднения переменный сигнал, имеющий форму меандра, амплитуда положительных импульФ сов которого равна 11, а отрицательных - 0 . На выходе блока 5.2 усред-(9) 151 Ц= 1" (Я( 30 нения имеем сигнал Б , пропорциональный оценке математического ожидания этого переменного сигнала, под действием которого широтно-импульсный модулятор 9 изменяет длительность импульсовдо тех пор, пока сигнал О на выходе блока 5.2 усреднения 5не станет равен нулю, т.е. на выходе блока 5. 2 усреднения с учетом выражений (3), (.4), (6) и (8) получим Щ 1(ц1 щ х(а 1 к(-"1(о 25 а с учетом выражений (1) и (2) полу- чаем огде 0- нормированная автокорре" Хляционная функция случайоного сигнала х (й). Э 5Из анализа видно, что в качестве оценки отношения моментов автокорреляционной функции исследуемого процесса является относительная длительность импульсов широтно-.импульсного ф 0 модулятора 9, измеряемая блоком 11 регистрации. Точность устройств а обе спе чив ае т .1ся за счет применения компенсационного метода измерения оценки математического ожидания и может бытьопределена с высокой точностью.Кроме того, точность оценки ма -тематического ожидания на выходе.широтно-импульсного модулятора 9в предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором,блоком умножения), а в прототипезависит и определяется их точностью.Экспериментальная сравнительнаяоценка точности предлагаемого устройства и прототипа проводиласьна аналоговой вычислительной машинеАВМ МНМ. В результате моделирования получены результаты, показывающие, что точность предлагаемогоустройства на порядок выше, чем упрототипа. Кроме того, при выполнении устройства в аналоговой формеупрощается конструкция устройства,так как отпадает необходимость в высококачественных усилителях, имеющихмалый уровень дрейфа, а квадраторможет иметь любые неравные нулюамплитудно-частотные характеристики,а при выполнении устройства в цифровой форме значительно упрощаетсяреализация нелинейного элемента(квадратора, блока умножения),За счет упрощения конструкции(так как квадратор конструктивнона много проще блока умноженияпредлагаемого устройства),. как показали расчеты, наработка на отказувеличилась на ЗОБ.Реализация предлагаемого устройства не представляет технических трудностей,303 Патент",: г.Ужгород, ул.Проектна Тираж 7 О . КИПИ Государственной по делам изобрет осква, 3-35РаушПодписное комитета СССР ний и открытий кая наб., д. 4/5