Адаптивный анализатор площадей выбросов случайных процессов

,14309 И 1 С 06 Р 15/36 Е 8ротехнический ада од преоб- трементов ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Куйбышевский электинститут связи(56) Авторское свидетельство СССР У 326521, кл . С 06 Р 15/36, 1970.Авторское свидетельство СССР Ф,962979, кл. С 06 Р 15/36, 1981. ,(54)(57) АДАПТИВНЫЙ АНАЛИЗАТОР ПЛОЩА ДЕИ ВЫБРОСОВ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ, содержащий первый блок вычитания, первый вход которого объединен с инФормацюнным входом порогового блока вход задания порога которого объединен с вторьив входом блока вычитания и является входом заданного порога анализатора, выход порогового блока подключен к первым входам первого и второго элементов И и входу формирователя импульсов первый выход которого соединен с входом сброса накопительного счетчика, разрядные выходы которого подключенй соответственно к информационным входам дешифратора, разрядные выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, выходы которых подключены соответственно к счетным входам накопительных счетчиков группы, а вторые входы элементов И группы объединены и подключены к второму выходу формирователя импульсов, при этом выход блока вычитания через преобразователь напряжения в. частоту соединен с вторым входом пер вого элемента И, о т л и ч а ю " щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения амплитудного и частотного диапазонов анализатора за счет его адаптации к амплитудному размаху и средней площади выбросов, в анализатор введены счетчик числа выбросов, управляемый делитель частоты счетчик средней площади выбросов, блок задания времени индикации, элемент запрета и управляемый усилитель, состоящий иэ последовательно соединенных декадных усилителей, параллельно каждому из которых подключен ключ, двухуровневого компаратора и распределителя сигналов, выходы которого соединены соответственно с входами управления замыканием ключей, входы управления размыка.Мю нием которых объединены с входами сброса распределителя сигналов счетчиков группы и с первым входом сброса счет- уффеф чика средней площади выбросов и подключены к первому выходу блока з ния времени индикаций, первый вх и-го декадного усилителя является информационным входом анализатора, выход первого декадного усилителя соединен с информационным входом двухуровневого компаратора и первым входом блока вычитания, а выход двухуровневого компаратора подключен к информационному входу распределителя сигналов, к первому входу сброса счетчика числа выбросов и второму входу сброса счетчика средней площади выбросов, разрядные выходы кото- ф рого соединены соответственно с разрядными входами управляемого делитеааай ля, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а управляющий вход подключен к выходу разователя напряжения в частоту тьи входы первого и второго эле14309 бб И подключены соответственно к первомуи второму информационным выходамсчетчика числа выбросов, счетный входкоторого соединен с выходом порогового блока, а выход переполнения соединен с входом блока задания временииндикации, второй выход которого соединен с вторым входом сброса счетчикачисла выбросов и первым входом эле 1Изобретение относится к экспериментальному определению статистических характеристик стационарных случайных процессов и может быть использовано (например, в технике связи, метеорологии, медицине и т.п.) для измерения плотности распределения площадей выбросов процесса эа заданный уровень в условиях априорной неопределенности амплитудных и частотных свойств процесса.Цель изобретения - повышение точности измерений и расширение амплитудного и частотного диапазонов анализатора эа счет его адаптации к амплитудному размаху и средней площади выбросов.На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого анализатора.Анализатор содержит блок 1 вычитания, группу иэ и последовательно соединенных декадных усилителей 2 (декады), группу из и ключей 3, каждый из которых подключен параллельно соответствующему декадному усилителю 2,двухуровневый компаратор 4 и распределитель 5 сигналов, элементы И 6 и , управляемый усилитель 8, который включает группы декадных усилителей 2 и ключей 3, счетчик 9 числа выбросов, преобразователь 10 напряжения в частоту, управляемый де" литель 11 частоты, накопительный счетчик 12, пороговый блок 13, формирователь 14 импульсов, дешифратор 15, группу элементов И б, группу счетчиков 17, счетчик 18 средней площади выбросов, блок 19 задания времени индикации и элемент 20 запрета.Анализатор строится по адаптивному принципу. Небольшая часть общего мента запрета, выход которого соединен с управляющим входом дешифратора,второй вход соединен с выходом переполнения накопительного счетчика, авход сброса элемента запрета соединенс первым выходом формирователя импульсов, при этом выход первого элементаИ соединен с счетным входом счетчикасредней площади выбросов. времени, отводимого на анализ, затрачивается на предварительное измерениенекоторых средних параметров случайного процесса и адаптацию (подстрой" 5 ку) анализатора к амплитудным и частотным характеристикам данного стационарного случайного процесса, послечего основная часть общего времениотводится на измерения требуемых ха рактеристик процесса с заданной точностью при оптимальных параметраханализатора.В анализаторе за время адаптацииосуществляется поиск оптимального ко-эффициента усиления управляемого усилителя 8 и оценка оптимальной шириныдифференциального коридора д(Б)ор 1путем измерения средней площади Бвыбросов, прошедших эа время Т .20 Амплитудный диапазон анализатораограничен сверху опорными уровнями+7, соизмеримыми с напряжениемисточников питания операционных усилителей в составе управляемого усилителя 8. Снизу диапазон входных сигналов Х(й) ограничен только чувствительностью и стабильностью усилителя(на уровне единиц мипливольта). Вцелом диапазон амплитуд составляет З 0 три-четыре порядка (и 3-4), а диапазон измеряемых площадей выбросов неменее 120 дБ, причем поиск нужногодиапазона происходит автоматическиза счет адаптации анализатора. З 5 Анализатор в режиме измеренияплотности распределения Ы(Я) площадей выбросов случайного процесса Хй)над заданным порогом Ч при начальных условиях, сформированных в режиме 40 адаптации, работает следующим образом.0966 510 20 30 35 40 45 50 55 143К началу измерений установлен автоматически опгимальньгй коэффициент К; с10 усиления по напряжению регулируемого усилителя 8, автоматически выбран коэффициент Крр деления управляемого делителя 11 частоты, пропорциональный средней площади выбросов, который задает оптимальную ширину дифференциального коридора.Усиленный случайный сигнал с вы" хода управляемого усилителя 8 поступает одновременно на первые входы блоха 1 вычитания и порогового блока 13, В блоке 1 вычитания, выполненном на основе операционного усилителя, происходит вычитание из сигнала Х(й), поданного на суммирующий вход, порогового уровня Ч,н, , поданного на инвертирующий вход операционного усилителя с единичным коэффициентом усиления, На выходе блока 1 вычитания возникают выбросы случайного процессаХ(й) над пороговым уровнем, Выбросы поступают на вход преобразователя 10 напряжения в частоту, представляющего собой генератор импульсов (мульти- вибратор), элементы времязадающей КС-цепи которого изменяются под действием напряжения выбросов таким образом, чтобы осуществлялось линейное преобразование напряжения в частоту следования импульсов в заданном диапазоне уровней и частот.Импульсы стандартной амплитуды с выхода преобразователя 10 напряжения в частоту поступают на счетный вход управляемого делителя 11 частоты с коэффициентом Крр деления, задаваемым кодом счетчика 18 средней площади выбросов. С выхода управляемого делителя 1 частоты импульсы частотой ЕГ(й)/КрР поступают на вход элемента И 7, открытого по своему третьему входу высоким уровнем напряжения со второго выхода счетчика 9 числа выбросов в течение всего времени Т измерений. По первому входу элемент И 7 открывается на время про" хождения каждого очередного выброса импульсом с выхода порогового блока 13, представляющего собой компаратор напряжений Х(й) и Ч, поступающих на его первый и второй входы. Пороговый блок 13 формирует на своем выходе импульсы стандартной амплитуды, длительность которых совпадает с продолжительностью выбросов. Во время действия выбросов элемент И 7 открывается и на его выходе появляется пачка счетих импульсов. Количество импульсов в пачке пропорционально как длительности выбросов, так и частоте заполнения пачки, равной Г Й(г.)/КАрР =К 7(г)/К 4 рР, т.е. мгновенным значениям напряжения 7 (В) выбросов. Другими словами, количество импульсов в пачке пропорционально площади выбросов.При оптимальном значении коэффициента К 4 Р деления управляемого дели-. теля 11 частоты, количество импульсов в пачке совпадает с номером 1 41 канала многоканального анализатора площадей выбросов, в который должнабыть записана информация о попаданиизначения площади Б. выбросов в заданный -й дифференциальньп коридор, Количество импульсов в пачке с выхода элемента И 7 подсчитывается накопительным счетчиком 12, в которомсменяются коды-адреса, управляющие дешифратором 15. Смена адресов навходах дешифратора 15 продолжается до окончания выбросов, когда на втором выходе формирователя 14 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс, соответствующий заданному фронту импульса выбросов свыхода порогового блока 13. Этот импульс поступает на объединенные вторые входы группы элементов И 16 ипроходит на выход того из них, номеркоторого совпадает с адресом, записанным в накопительном счетчике 12к моменту окончания выбросов. С выходя открытого элемента И группы этот импульс проходит в одноименный счет чик группы счетчиков 17.С приходом следующего выброса импульсом с первого выхода формирователя 14 импульсов накопительный счетчик 12 обнуляется и оказывается приготовленным к записи адреса следующего выброса.В случае появления выбросов, площадь которых превышает максимальную измеряемую площадь Б, накопительный счетчик 2 переполняется еще до окончания выбросов и на его выходе появляется импульс переполнения, поступающий на второй вход элемента 29 запрета, который закрывает дешифратор 15. Вся группа элементов И 16 оказывается закрытой и ни в один из счетчйков группы 17 не проходит импульс в момент окончания выбросовплощадью Я г Я,. Это еще не приво30966 5 14Ф дит к заметным искажениямкривой плотно сти распределения 11(Я) площадей выбросов из-за "усечения хвоста"на уровне Я Я ,при условии,что ЯЯ ,не,превышает единицпроцента отобщего числа выбросов Е, Если же относительное количество выбросов площадью Я ) Я , велико, то необходимо увеличить значение ЯВ момент прихода следую щего по площади выброса элемент 20 запрета обнуляется импульсом с первого выхода Формирователя 14 импульсов и открывает дешифратор 15, подготавливая его к работе.К моменту заполнения счетчика 9 числа. выбросов измерения автоматически заканчиваются, поскольку со второго выхода этого счетчика начинает.поступать уровень логического "О", закрывающий элемент И 7 по третьему входу и препятствующий дальнейшему прохождению информации в грулпу счетчиков 17.С этого момента начинается индикация результатов измерения в течение времени й, установленного в блоке 19 задания времени индикации. Блок 19,представляет собой одновибратор, вырабатывающий импульс длительностью С при поступлении на его вход импульса переполнения с третьего выхода счетчика 9 числа выбросовВ течение времени 1, импульс с второго выхода блока 19 задания времени индикации удерживает в нуле счетчик 9 числа выбросов и элемент 20 запрета, препятствуя поступлению новой информации н группу счетчиков 17 в течение всего времени индикации,За времяоператор должен заФиксировать показания Ь; каждого счетчика группы 17, код числа (и - ) определяющий коэффициент К,10 " усиления управляемого усилителя 8,записанный в распределителе 5 сигналов, а также код числа Кдер, записанный в счетчике 18 средней плошадивыбросов. Индикация осуществляетсяс помощью цифровых индикаторов (непоказаны). Оценка плотности распределения площадей выбросов находитсяпо формуле Ч (ддЯ)аз- 1 с 1 1 ф Ф а где дЯ 1 О"- О 5 хК 4 е Р . - (Ь 154 их 1 О К,р 1 О Вс- ширинадифференциального коридора, приведенная к входу анализатора, с учетомтого, что в составе управляемого усилителя 8 введены (и - ) декад усиления, а управляемый делитель 11 частоты увеличивает ширину дифференциального коридора в Клер раз. 25 По окончании временииндикациис первого выхода блока 19 поступаеткороткий импульс, сбрасывающий в нульраспределитель 5 и размыкающий всеключи управляемого усилителя 8. ОдЗ 0 новременно сбрасывается в нуль счетчик 18 средней площади выбросов, обнуляется группа счетчиков 1 7 и схемаанализатора приводится в исходноесостояние.На этом процедура измерения плотности распределения площадей выбросовзавершается. Если на входе анализатора продолжает действовать случайный процесс Х(1), то цикл измерений 40 автоматически повторяется. При этомсразу после окончания индикации начинается повторный этап адаптации идалее все процессы повторяются аналогично вышеописанному1430966 ехред Л.Сердюкова Корректор М. Максимишинец кто ев каэ 5344/ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектн Тираж 704 ВНИИПИ Государстве по делам изобре 13035, Москва, Ж, Подписноеного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. 4/