Статистический анализатор

.е,о и ГЩЮМИ ИЗОБРЕТЕН ИЯ 1 ц 794642 Воюе Соеетсник Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 Дополнительно вт. свид-ву -22) Заявлено 24.04.78 (21) 2607379/18-24 51) М. Кл.б 06 С 7/52 с присоединени явкиГосударстееннын комнте 23) Приоритет -43) Опубликовано СССРо делам изобретен 3) УДК 681.3(72) Авторы изобретени Волков и Е, П. Черкасский Куйбышевский политехнический инстит им, В, В. Куйбышева) СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР Изобретение относится к специализированным средствам электронной вычислительной техники, предназначенным для исследования случайных процессов и может быть использовано как автономное или в составе информационно-вычислительного комплекса для контроля и анализа работы различного рода физических объектов, а также при экспериментальных исследованиях,Известно устройство, содержащее источник опорного сигнала, источник вспомогательного сигнала, детекторы, блок усреднения ЯОднако полезные составляющие, пропорциональные измеряемым величинам, в этом устройстве выделяются из предварительно функционально преобразовательного исследуемого сигнала с помощью селектирующих канальных фильтров, что значительно снижает его точность особенно при анализе низкочастотных случайных процессов и, следовательно, значительно сужает области применения такого устройства из-за больших сложностей в изготовлении качественных сел ектирующих фильтров для работы с низкими и инфранизкими частотами, а также из-за необходимости поддержания весьма стабильными параметров как самих фильтров, так и частоты модуляции с целью обеспечения малых аппаратурных погрешностей, Кроме того, как следствие первого, невозможность изменения частоты модуляции ступенями в некоторых пределах (создание частотных поддиапазонов) с целью получения минимального времени измерения характеристик исследуемых случайных процессов с различными частотными спектрами при заданр 0 ной допустимой статистической погрешности. Это объясняется тем, что при изменении частоты модуляции необходимо соответствующим образом изменять параметры фильтров, а если учесть, что таких фильт ров много, то становится ясна вся трудность аппаратурной реализации введения в это известное устройство частотных поддиапазонов.Наиболее близким по технической сущ ности к изобретению является устройство,содержащее генератор прямоугольного сигнала, сумматор, первый вход которого подключен к входу устройства, второй вход - к выходу источника постоянного напряжс ния, а выход сумматора подключен черезусилитель-ограничитель, фазовый детектор и блок усреднения к входу измерительного прибора. Оно не содержит в своем составе таких трудоемких в изготовлении и наст- ЗО ройке блоков, как селектирующис фильтры,(2) 3при - д в 2 я, 2 35 И частота вспомогательного прямоугольного сигнала может быть изменена в довольно широких пределах при сохранении параметров остальных блоков устройства 12,Однако это устройство измеряет лишь две характеристики случайных процессов, что при статистическом анализе в ряде случаев может оказаться недостаточно.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет получения дополнительных статистичсских параметров.Достигается это тем, что в статистический анализатор, содержащий сумматор, первый вход которого является входом анализатора, второй вход соединен с выходом источника постоянного напряжения, а третий вход соединен с выходом источника прямоугольного сигнала, выход сумматора через последовательно соединенные усилитель-ограничитель, первый фазовый детектор, первый усреднитель подключен к первому измерительному прибору, введены триггер, блок деления, второй и третий фазовые детекторы, второй и третий усреднители и второй, третий и четвертый измерительные приборы, при этом вход триггера соединен с выходом источника прямоугольного сигнала и первым входом второго фазового детектора, а выход триггера подключен к четвертому входу сумматора, к второму входу второго фазового детектора и к первому входу третьего фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя-ограничителя и входом второго усреднителя, выход которого подключен к второму измерительному прибору, а выход третьего фазового детектора соединен через третий усредни- тель с входом третьего измерительного прибора и первым входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом первого усреднителя, при этом выход второго фазового детектора подключен к другому входу первого фазового детектора.Блок схема статистического анализатора приведена на чертеже.Анализатор содержит источник 1 прямоугольного сигнала, триггер 2, сумматор 3, усилитель-ограничитель 4, источник 5 постоянного напряжения, фазовые детекторы 6, 7 и 8, усреднители 9, 10 и 11, измерительные приборы 12, 13, 14 и 15, блок 16 деления.Вход анализатора подключен к одному из входов сумматора 3, к второму входу которого подключен выход источника 5 постоянного напряжения, выход источника 1 подключен параллельно к третьему входу сумматора 3, к входу триггера 2 и к первому входу второго фазового детектора 6, вход которого соединен с первым входом третьего фазового детектора 7, с четвертым входом сумматора 3 и выходом триггера 2, выход усилителя-ограничителя 4 подключен 5,1 О152026 4 О 45 60 55 60 65 4через усреднитель 9 к измерительному прибору 12, а через фазовые детекторы 7 и 8 и усреднители 10 и 11 соответственно к измерительным приборам 13 и 14, выход фазового детектора 6 соединен с вторым входом фазового детектора 8, блок деления 16 своими входами подключен соответственно к выходам усреднителей 10 и 11, выход блока 16 деления подключен к входу измерительного прибора 15Анализатор работает следующим образом.Входной исследусмый сигнал Х, будучи сложен в сумматоре 3 с вспомогательными прямоугольными сигналами и постоянным сигналом хо, ограничивается в усилителе- ограничителе 4 на уровне, равном 1 А (3 дп Яп ж 1 + Ядп Яп 2 ю 1) - хД, таким образом выходной сигнал У 1 усилителя ограничителя 4 можно записать, как У(1) = Ядп(Х(1) - хо + А(Яцп Яп к 1 +.2 Выходной , сигнал усреднителя 9 представляет собой оценку математического ожидания сигнала Ь(1), т. о.что = МГУ1. (3) Сигнал на выходе фазового детектора 7 представляет собой произведение двух прямоугольных сигналов У(1) и Здп Яп а 1, поступающих соответственно с выходов усилителя-ограничителя 4 и с выхода триггера 2. Следовательно, выходной сигнал ф усреднителя 10 представляет собой оценку математического ожидания этого произведения, т. е,ф = МУ(1) Ядп 8(п вф (4) Сигнал же на выходе фазового детектора 6 есть произведение сигналов Ядп Яп 2 Ы и Ьдп Яп о 1. Это произведение, как известно, равно Ядп Соз о 1. Значит на первый вход фазового детектора 8 поступает напряжение Ьдп Соз а 1. Следовательно, выходной сигнал , блока усреднения 11 представляет собой оценку математического ожидания произведения У(1) Ядп Соз в 1, т, е.ф = МУ(1) Ядп Соз о 1. (5) На вход измерительного прибора 15 поступает сигнал, равный частному от деления сигналов ф на фь т. е,(6)Чф Яап ь 1 п иОпределяют, чему равны полученные выходные сигналы фо, 2)3.Из выражения (3), на основании интегрального представления знаковой функции получают(9) Подставляя полученные результаты в формулу (7), получают)о = Ме еих, е - их, Сов (уАН/ 0- СОПодставив Сов АУ по формуле Эйлера, получают(10) Раскрывая скобки и вновь применяя формулу Эйлера, выражение (10) имеет вид Нlо = М -Яп У(Х - хо) - +У 1 оо их - 1 ихэ:М)Ы: 1 Ао ) хх;с)(М еВеличина М(еих 1 - есть характеристическая функция исследуемого процесса Х(1),р, (и),Величину же второго математическогоожидания в формуле (7) определяют следующим образом)иа (Бдп Яп Ы + Бдп Яп 2 в 1) )Ф=М е1 ф- е 1 иА 1 (ьдп Яп (р+ Ядп ып 2 оДр (8)2 логде р = Сов 1.Разбивают полученный интеграл на суммуинтегралов и, воспользовавшись соотношениями (2), получаютй зи2 2В = -е длйр+ -ар+2 п 2 я+Яп У(Х - хо - 2 А)(11) 4 л Ц На основании представления знаковой функции имеют+ - " Ьи Цг - , (12)У15- саПервое слагаемое правой части выражения(12) равно нулю, как интеграл в симметричных пределах от нечетной функции, т е,Яр г= - " Зп Ы - (13)и УС учетом формулы (13) выражение для фпримет вид25 20+ - Ядп (Х - хо+2 А) +14- 22 п (Х - х, - 2 А)(14)4Выражение (14) можно переписать в виде1 хо1 хо2)о = --(х) Йх + --- )(х) йх -35 2 4 2- оо-- ) 1(х)дх, 2 где 1(х) - плотность вероятностей иссле 40 дуемого процесса, илиФо = 1 - Р(хо) -- Р(хо + 2 А) -12 45-- Р(хо - 2 А) .2(15)При малых значениях А (что имеет местокак в предлагаемом устройстве так и впрототипе), можно записать 50 фо = 1 - 2 Р (х) (6)Следовательно выходной сигнал усреднителя 9 представляет собой величину, линейно связанную с функцией распределенияР исследуемого случайного процесса Х(1).Произведя аналогичные преобразованияс выражениями (4) и (5) получим выражения для сигналов на выхо;,ах усреднителей 13 и 14, Они соответственно имеютвидф = - Р (хо+ 2 А) - Р (хо - 2 А) (17)2Из формул (17) и (18) видно, что эти сигналы пропорциональны соответственно плотности вероятностей и ее первой производной. Следовательно сигнал , пропорционален диссипанту исследуемого процесса. Таким образом можно записать, каким образом определяются искомые характеристики исследуемого процесса через выходные сигналы блоков усреднения предлагаемого устройства.2(хо) =Аг (х) = ф 2 А(хо) =диссипант.ф 2 АКроме того, при нулевых показаниях измерительного прибора 14 (производная от плотности вероятностей равна нулю) можно определить моду исследуемого случайного процесса и экстремальные значения плотности вероятностей.Использование новых блоков: триггера, фазовых детекторов, блоков усреднения, блока деления, которые выполняются на базе цифровых интегральных микросхем, выпускаемых серийно отечественной промышленностью, и не требуют никакой настройки и наладки, немного усложняет предложенное устройство, но зато выгодно отличает его от известных, поскольку небольшое усложнение позволяет измерять параллельно целый ряд важных характеристик случайных процессов. Это обуславливает более широкое применение в народном хозяйстве предложенного устройства с целью проведения более полного и оперативного статистического анализа контролируемых параметров или величин,8 Формула изобретенияСтатистический анализатор, содержагций сумматор, первый вход которого явля 6 ется входом анализатора, второй вход соединен с выходом источника постоянногонапряжения, а третий вход соединен с выходом источника прямоугольного сигнала,выход сумматора через последовательно1 о соединенные усилитель-ограничитель, первый фазовый детектор, усреднитель подключен к первому измерительному прибору, отличающийся тем, что, с цельюрасширения функциональных возможностей46 за счет получения дополнительных статистических параметров, анализатор содержит триггер, блок деления, второй и третий фазовые детекторы, второй и третий усреднители и второй, третий и четвертый изме 20 рительные приборы, при этом вход триггерасоединен с выходом источника прямоугольного сигнала и первым входом второго фазового детектора, а выход триггера подключен к четвертому входу сумматора, к26 второму входу второго фазового детектораи к первому входу третьего фазового детектора, второй вход которого соединен свыходом усилителя-ограничителя и входамвторого усреднителя, выход которого подключен к второму измерительному прибору, а выход третьего фазового детекторасоединен через третий усреднитель с входом третьего измерительного прибора ипервым входом блока деления, второй входкоторого соединен с выходом первого усреднителя, при этом выход второго фазового детектора подключен к другому входупервого фазового детектора.Источники информации,40 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР305491, кл. б 06 6 7/52, 1970.2 Авторское свидетельство СССР,359670, кл. С 06 б 7/52, 1971 (прото 45 тип).794642Составитель Э, Сечина Редактор Е. Гончар Техред А. Камышникова Корректоры А. Галаховаи О. Силуянова Заказ 863Изд. М 138 Тираж 749 Подписное НПО Поиск Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома