Анализатор длительностей выбросов случайных процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК А 1 19) 2 14 С 06 кий отехн определе ь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗОБР Н А 8 ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбышевский элинститут связи(54) АНАЛИЗАТОР ДЛИТСОВ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕС(57) Изобретение отнлительной технике и тельство СССР 15/36, 1973. льство СССР15/36, 1980. ЕЛЬНОСТЕЙ ВЫБРОСОВосится к вычисможет использоия плотности рас остей выбросов пс процессов.ляется повышениерасширение чассчет адаптации пределения длительн стационарных случайн Целью изобретения яв точности измерений и тотного диапазона эа к средней длительности выбросов. Анализатор содержит пороговый элемент 1формирователь 2 импульсов, элементыИ 3, 5, генератор 4 тактовых импульсов, счетчик 6 средней длительностивыбросов, делитель 7 частоты, формирователь 8 импульсов времени индикации, триггер 9, счетчик 10 адреса,дешифратор 11, группу 12 элементовИ, группу 13 счетчиков, элементы 14индикации группы, счетчик 15 общегочисла выбросов и элемент 16 запрета.Анализатор позволяет в отсутствиепредварительной информации о статических свойствах случайного процессаавтоматически выбирать минимальнонеобходимое время анализа и оптимальную ширину дифференциального коридора, обеспечивающие заданную допустимую статическую и аппаратурную погрешности измерений. 1 ил,Изобретение относится к вычислительной технике и может испольэоваться, в частности, для экспериментального определения плотности распреде 5ления длительностей выбросов стационарных эргодических случайных процессов,Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение частотного диапазона за счет адаптациианализатора к средней длительностивыбросов.На чертеже представлена функциональная схема анализатора длительностей выбросов случайных процессов.Анализатор содержит пороговый элемент 1, формирователь 2 импульсов,первый элемент И 3, генератор 4 тактовых импульсов, второй элемент И 5,счетчик 6 средней длительности выбросов, делитель 7 частоты, формирователь 8 импульсов времени индикации,триггер 9, счетчик 10 адреса, дешифратор 11, элементы И 12 группы, счетчики 13 группы, элементы 14 индикации группы, счетчик 15 общего числавыбросов и элемент 16 запрета.Предлагаемый анализатор строитсяпо адаптивному принципу. В условияхаприорной неопределенности временныхи частотных характеристик исследуемого сигнала в анализаторе осуществляется оптимизация его параметровв соответствии со статистическими35свойствами реализации процесса.Время измерений устанавливаетсяавтоматически обратно пропорционально ширине полосы частот процессапричем небольшая часть этого времениотводится на предварительную оценкусредней длительности выбросов зауровень анализа, а оставшаяся большая часть времени затрачивается наизмерение плотности распределениядлительности выбросов с заданной точностью при оптимальных времячастотных параметрах анализатора,Измерения в анализаторе заканчиваются в момент накопления заданного числа Е выбросов за уровень анализа, чем достигается постоянство максимальной среднеквадратичной статистической погрешности ЕМО,1 ГЕ/1, (где 1 - число каналов измерителя) и независимость с о , от уровня анализа за счет постоянства объема статистики Автоматический выбор по результатам адаптации ширины дифференциального коридора, пропорциональной средней длительности выбросов, позволяет расширить частотный диапазон исследуемых процессов без снижения требуемой точности и без увеличения числа каналов анализатора распределения длительности выбросов.В процессе адаптации определяется для делителя с переменным коэффициентом деления, управляемого кодом, оптимальный коэффициент деления и, частоты генератора счетных импульсов Г с, задающего минимальный интервал Т= 1/Г , временной дискретизации. Преобразование длительности выброса в код происходит путем подсчета количества импульсов частоты/п,р, прошедших за время существования выброса. Выбор п, =- К; где с - оценка среднейср э срдлительности выоросов по результатам адаптации, позволяет обеспечить оптимальный интервал временной дискретизации (дифференциальный коридор)1%.порциональный средней длительности выброса (С = КТ= сопзс) .Адаптация к средней длительности выбросов заканчивается автоматически за время Т , соответствующее накоплению И выбросов процесса над данным уровнем анализа, Выбор -= - с 1Т Е обеспечивает постоянную и небольшую долю времени на адаптацию Т по отношению к ебщему времени анализа Т. Выбор И и Е осуществляется из компромиссных соображений таким образом, чтобы максимальные статистические погрешности адаптации бщ с 1/-1 Г и измерений плотности распределения Я , ( .11/Е 1-канальным анализатором оставались допустимыми при приемлемом значении времени анализа Т,Такой компромисс достигается, на-.4Э пример, при Е = 10, И = (10 -10 ), И/Е = (10 - 10 ) с учетом того, что высокой точности адаптации для нормапьной работы анализатора не требуется.Теоретические исследования показывают, что область оптимальных значений ширины дифференциального коридора (ьь),= С , минимизирующих суммарную статистическую и аппаратурную1354219 30 35 40 45 разом. 50 55 погрешности анализатора, являетсядостаточно "размытой" и заключена впределах ( лм )- (0,07-0,25)с,в зависимости от. объема выборки Е,уровня анализа, характера распределения длительности выбросов, Целесообразно воспользоваться средним значением С = 1/6, т.е. (ьс) о = "с /6С учетом того, что максимальная измеряемая длительность выброса составляет обычно порядка смакс - (2 - 3)"соптимальное число каналов анализатора"мокс получается равным 10 6 = -=- -- = 15ор (.)12-18, удобно взять за основу 116., к.Результаты адаптации к . ОказываГ 1 ются зафиксированными к моменту Т20 в вице кода и, в счетчике 6 средней длительности выбросов, Этот счетчик подсчитывает число импульсовчастотой Е , прошедших за.время существования И выбросов:25 нмокс1 макс "срИ1:С "срПоследовательное соединение счетИчика на (-)= бс 1 импульсов и счетчикаСна (и с ) , импульсов в составе счетср максчика 6 средней длительности выбросовпозволяет зафиксировать в последнемк моменту окончания адаптации код и с Смакс с спропорциональный смакс сЮ Выбор, например, (и, ), = 2 позср моксволяет автоматически перекрытьчастотный диапазон ЭЕ = -- " = 10Емаксминпри изменении уровня анализа от Ч/б = = 0 до Ч/6 = 3, где 5 - среднеквадратичное значение процесса,Устройство работает следующим обВ исходном состоянии счетчик 6 средней длительности выбросов, счетчик 10 адреса, счетчики 13 группы.и счетчик 15 общего числа выбросов сброшены в "0", на первом выходе счетчика 15 общего числа выбросов имеется высокий потенциал, открывающий по одному входу второй элемент И 5, а на втором выходе счетчика 15 общего числа выбросов имеется низкий потенциал, закрывающий первый элемент И 3. Это состояние соответствует началу процесса адаптации анализатора к средней длительности выбросов исследуемой реализации х(с) над уровнем Ч в пороговом элементе 1, который представляет собой компаратор напряжения. 11 а его выходе образуются прямоугольные импульсы станцартной амплитуды, длительность которых равна длительности выброса с, за уровень анализа Ч. Эти импульсы поступают на вход формирователя 2 импульсов, представляющего собой дифференцирующую цепь для формирования из прямоугольного импульса выброса два коротких импульса, соответствующих началу и концу выброса. Передний фронт импульса выброса переводит триггер 9 в состояние "1", а задний сбрасывает в "0",Импульсы выбросов с выхода порогового элемента 1 начинают накапливаться в счетчике 15 общего числа выбросов. Одновременно они поступают на первый вход открытого второго элемента И 5, на третий вход которого подаются счетные импульсы частотойс генератора ч тактовых импульсов. С выхода второго элемента И 5 пачки импульсов частотой Ги длительностью, совпадающей с длительностью выбросов, подсчитываются счетчиком 6 средней длительности выбросов.Процесс адаптации анализатора к средней длительности выбросов продолжается вплоть до накопления в счетчике 15 общего числа выбросов заданного количества импульсов И. В этот момент на его первом выходе появляется низкий уровень напряжения, закрывающий второй элемент И 5 и препятствующий дальнейшему прохождению пачек импульсов частотой йна счетчик 6 средней длительности выбросов, в котором устанавливается код и, . Этот код задает коэффициент деления делителя 7 частоты, представляющего собой реверсивный счетчик с предварительной установкой кода.С выхода делителя 7 частоты периодическая последовательность импульсов частоты Г = Г /и, поступает наО максвторой вход первого элемента И 3, на третий вход которого подается открывающий высокий уровень с второго выхода счетчика 15 общего числа выбросов,С этого момента начинается анализЕ выбросов, где (Е+И)-полная емкость135219 счетчика 15 общего числа выбросов. С приходом переднего фронта очередного выброса триггер 9 устанавливаетсяв 1 , открывает по первому входу5 первый элемент И 3 на все время длительности выброса и последователь- Вость импульсов оптимальной частотымокспер начиняет проходить на вход счетчика 10 адреса. По мере поступления импульсов с интервалом, равным ширине дифференциального коридо 1ра ьс Т с /6 в счетчигке 10 адреса сменяются адреса-коды, 15 управляющие дешифратором 11 на его выходах поочередно появляется высокий уровень открывающий один из элементов И в составе элементов И 12 группы, В момент окончания выброса на 20 выходе формирователя 2 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, сбрасывающий в нуль триггер 9, который низким логическим уровнем закрывает по первому входу первый 25 элемент И 3. В составе 1 элементов И 12 группы остается открытым только один элемент, номер которого равен целому числу дифференциальных коридоров, уложившихся на протяжении дли тельности данного выброса, Через этот открытый элемент в одноименный счетчик 13 группы проходит один импульс с второго выхода формирователя 2 импульсов в момент окончания данного 35 выброса. Одновременно этот импульс обнуляет счетчик 10 адреса, подготавливая его к приему адреса следующего выброса. суммарными показаниями всех накопительных счетчиков 13 группы, При правильном выборе 1 количество сверхДлинных выбРосов ь ) с мас , что соответствует режимуусечения хвоста" плотности распределения, не должно превышать единиц процента от числа Е.К моменту заполнения счетчика 15 общего числа выбросов измерения автоматически заканчиваются и в счетчиках 13 группы оказываются зафиксированными 1 ординат плотности распределения длительностей выбросов реализации данного случайного процесса.Оценка плотности распределения находится по формуле 1 Ь;1(с ) =11= д, Ас Е где Ь - показания -го счетчика 13группыЕ - общее количество выбросовза время анализа,Ьс = и Т - ширина дифференциср минального коридора;и, - текущий коэффициент деления управляемого делителя7 частоты;Тмин 1 ма с - период следованиясчетных импульсов с генераторатактовых импульсов.Целесообразно выбрать, например,мас 10 МГц тогда Й с 10 и-Уи при Е = 10 510 Ь;1(й )срДля индикации Ь, в анализатор вводятся элементы 14 индикации группы. Текущий коэффициент деления и, фиксируется индикаторами, входящими в состав счетчика 6 средней длительности выбросов, Индикаторы и определяют масштабы кривой плотности И(с;) по осям абсцисс и ординат. Продолжительность индикации определяется формирователем 8 импульсов времени индикации, в состав которого входит одновибратор, вырабатывающий импульс заданной длительности, начиная с момента заполнения счетчика 15 общего числа выбросов. На все время индикации с первого выхода формирователя 8 импульсов времени индикации импульс одновибратора удерживает в нуле счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета, закрывающий дешифратор 11 и препятствующий дальВ редких случаях появления выбро сов, длительность которых превышает максимальную измеряемую ь ,с, счет.чик 10 адреса переполняется еще до окончания выброса и на его выходе появляется импульс, поступающий на второй вход элемента 16 запрета, триггер в составе которой высоким уровнем напряжения закрывает дешифратор 11.Все элементы И 12 группы оказываются закрытыми и ни в один из счетчиков 13 группы не проходит импульс в момент окончания сверхдлинного выброса, а только происходит обнуление счетчика 10 адреса.Общее количество таких сверхдлинных выбросов из числа Е выбросов, прошедших за время анализа, может быть установлено после окончания измерений по разнице между числом Е инейшему накоплению импульсов в счетчиках 13 группы.За время индикации оператор должен зафиксировать показания Ь всех счет 1 5 чиков 13 группы и текущего коэффициента деления п с целью построения гистограммы оценки плотности распределения длительностей выбросов Й(с.; ) по 1 точкам, 10В момент окончания индикации импульс с второго выхода формирователя 8 импульсов времени индикации сбрасывает в "О" счетчик 6 средней длительности выбросов и счетчики 13 группы. 15На этот цикл измерений плотности распределения длительностей выбросов на данном уровне Ч заканчивается и схема анализатора оказывается в исходном состоянии. При сохранении не изменного уровня анализа 7 и реализации стационарного случайного процесса х(с) на входе анализатора циклы измерений автоматически повторяются, благодаря чему точность оценки плотнос ти распределения длительности выбросов может быть повышена путем усреднения результатов измерений по всем циклам.Смена уровня анализа Ч влечет за 30 собой повторение всей описанной процедуры, начиная с адаптации анализатора к средней длительности выбросов над новым уровнем анализа и кончая индикацией результатов измерений.35формула изобретенияАнализатор длительностей выбросов случайных процессов, содержащий поро говый элемент, информационный вход которого является информационным входом анализатора, вход задания порога порогового элемента является одноименным входом анализатора, а выход порогового элемента соединен с входом формирователя импульсов и с первым входом первого элемента И, счетным входом счетчика средней длительности выбросов, разрядные выходы которого подключены соответственно к информационным входам делителя частоты, управляющий вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй элемент И, выход которого соединен с информационным входом счетчика адреса, разрядные выходы которого соединены соответственно с группой информационных входов дешифратора, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, выходы которых подключены соответственно к счетным входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с входами элементов индикации группы, формирователь импульсов времени индикации, первый информационныйвыход которого подключен к входамсброса счетчика средней длительностивыбросов и счетчиков группы, триггер,вход установки в "О" которого соединен с первым выходом формирователяимпульсов, второй выход которого соединен с входом установки в "1" триггера, входом сброса счетчика адресаи с вторыми входами элементов И группы, первый вход второго элемента Исоединен с выходом триггера, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений и расширения частотного диапазона за счетего адаптации к средней длительностивыбросов, в него введены счетчик общего числа выбросов и элемент запрета, разрешающий вход которого соединен с выходом переполнения счетчикаадреса, выход элемента запрета соединен со стробирующим входом дешифратора, а вход запрета элемента запрета объединен .с входом сброса счетчика общего числа выбросов и подключенк второму информационному выходу формирователя импульсов времени индикации, вход запуска которого подключенк выходу переполнения счетчика общегочисла выбросов, выход первого разряда которого соединен с третьим входомпервого элемента И, разрядный выход счетчика общего числа выбросов подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу делителя частоты, счетный вход счетчика общего числа выбросов соединен с выходом порогового элемента.