Устройство для определения среднего значения стационарных случайных процессов

,БО,) С 06 С 7/5 БРЕТЕН ТВУ У 5 и А,К.литехни енаторовескийна Ленинаим. Лекии ордверсите ство ССС1973ЕДЕЛЕНИЯ НЫХ СЛУУ 376783,что, с него сти,вадра ор, втолемент тор,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ,институт и Воронежсгосударственный унининского комсомола(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛСРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ СТЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ поотличающеецелью повьппения точнвведены интегратор,рой управляемый рези аналоговой памяти и блок определения максимумов, информационный входкоторого через второй управляемыйрезистор соединен с выходом квадратора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входызапуска схемы управления, блока определения максимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первый и второй выходМ схемы управлениясоединены соответственно с первыми вторым управляющими входами второго управляемого резистора, вьгкодблока определения максимумов подключен к управляющему входу элементааналоговой памяти, информационныйвход которого соединен с выходоминерционного звена, выход элементааналоговой памяти является выходомустройства.1 О Цель изобретения - повышение точности устройства,Поставленная цель достигаетсятемчто в устройство для определения среднего значения стационарныхслучайных процессов введены интегратор, квадратор, второй управляемыйрезистор, элемент аналоговой памя.ти и блок определения максимумов,информационный вход которого черезвторой управляемый резистор соединен с выходом квадратора, вход которого подключен к выходу интегратора, вход которого соединен с входом устройства, входы запуска схемы управления, блока определениямаксимума и элемента аналоговой памяти объединены и подключены к входу пуска устройства, первыи и второйвходы схемы управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго управляемого резистора, выход блока определения максимумов подключен к 40 50, 55 Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для анализа сигналов, изменение которых носит случайный характер, например при5 статистическомконтроле, в приборах для выполнения полезного сигнала на фоне помех, устройствах для обработки медико-биологической информации и т.д.По основному авт, св, Ф 376783 известно устройство, содержащее инерционное звено с управляемым резистором, выполненйом на полевом транзисторе, и схему управления, в 15 состав которых входят два последовательно соединенных конденсатора, параллельно которым подключены резисторы, и два последовательно соединенных источника постоянного напряжения, общая точка которых подключена к общей точке конденсаторов, два других вывода которых соединены с управляющим входом управляемого резистора и подключены через ключи к свободным зажимам источников напряжения 1 .Недостатком известного устройства является снижение точности измерения среднего значения случайного процесса при неизвестной длительности анализируемого случайного процесса (т,е. неизвестен момент спада-. ния среднего значения до нуля). управляющему входу элемента аналоговой памяти, информационный вход кстсрого соединен с выходом инерционного звена., выход элемента аналоговой памяти является выходом устройства.На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг,2- 4 - диаграммы работы устройстваУстройство содержит инерционное звено, состоящее из управляемого резистора 1 на полевом транзисторе и конденсатора 2, один из выводов которого соединен с управляемым резистором 1, а другой - с общей шиной входя устройства. Схема 3 управления соединена с управляющими входами резистора 1 и дополнительно введенного второго управляемого резистора 4 (выполненного, как и резистор 1, на полевом транзисторе), Выход ключа 5 подключен к выходу интегратора 6, Выход интегратора соединен с входом квадратора 7, выход которого соединен с вторым управляемым резистором 4. Выход ре,зистора 4 подключен к входу блока 8 определения максимумов. Выход блока 8 определения максимумов соединен с вторым входом элемента 9 аналоговой памяти, первый вход которого подключен к конденсатору 2. Пусковые входы схемы 3 управления элемента 9 аналоговой памяти, блока 8 определения максимумов и ключа 5 подключены к цепиПуск.Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии входной ключ 5 предлагаемого устройства разомкнут и сопротивление управляемого резистора 1, регулируемого схемой 3 управления, минимально, В момент, когда необходимо начать вычисление среднего значения случайного процесса х(С), импульс Запуска замыкает входной ключ 5 и одновременно запускает схему 3 управления, элемент 9 аналоговой памяти и блок 8 определения максимумов. Случайный процесс х(Г) на входе устройства представляет собой случайный процесс с неизвестным средним значением 00, которое в неизвестный момент времени с спаО дает до нуля. В режиме вычисления среднего значения схема 3 управления обеспечивает линейное нарастание сопротивления резистора 1. Общее3время Т)линейного изменения сопротивления от К, ло Б не превыми,шает временной интервал всзможных значений момента г При этом на конденсаторе 2 образуется напряжение Н , равноеги Л) = - х(г.)ас,О 11388 25 где О ьс с, Напряжение(., попадаетл, 1 Она первый вход элемента 9 аналоговой памяти, на второй вход которогопоступает информационный сигнал свыхода блока 8 определения максимумов, характеризующий длительностьизмеряемого среднего значения.Рассмо:рим формирование этогосигнала блоками 6,7,4 и 8. В моментзамыкания ключа 5 интегратор 6 (характеризующийся большой постояннойвремени интегрирования) формирует насвоем выходе сигнал И=х(С)ЙС,окоторый поступает на вход интегратора 7. С выхода квадратора преобгОааоилннхат сигналх(С)ос)ностуГхпает на управляемый блоком 3 резистор 4, который с линейно изменяющимся сопротивлением формирует выходной сигнал гИС) =хсо)йо 1,оабсолютный максимум которого достигается в момент времени, соответствующий спаданию измеряемого среднего значения до нуля. Как следуетиз теории потенциальной помехоустойчивости, временное положение абсолютного максимума МЯ) соответствует оценке максимального правдоподобия момента времени со, Еслипренебречь флуктуациями проинтегрированного случайного процесса, тоположение абсолютного максимума И(ь)соответствует моменту с . Далее 45блок 8 определения максимумов выявляет временное положение абсолютного максимума С в интервале 0,71,с и подает со своего выхода соответствующий информационный сигнал на Овторой вход элемента 9 аналоговой памяти, Последний формирует отсчет сигналана конденсаторе 2 в момент.Амплитуда этого отсчета определяет неиз. вестное среднее значение анализируемого случайного процесса,На фиг. 2 а. приведена зависимостьизмеряемого среднего значения процес12 4 са от времени на входе устройства, Если пренебречь флуктуирующей составляющей случайного процесса, то сигнал на первом входе элемента 9 аналоговой памяти, совпадающий с выходным сигналом известного устройства имеет вид, показанный на фиг 26, На фиг, 2 в приведена зависимость дисперсии (6) флуктуаций сигнала от времени на первом входе элемента 9 аналоговой памяти. Как следует из фиг. 2 а, среднее значение измеряемого случайного процесса в неизвестный момент времени скачком изменяется до нуля. В результате измерений возникает ряд погрешностей (фиг. 2 б,в), В известном устройстве за среднее значение принимается величина его выходного напряжения, напряжение на входе блока 9 предлагаемого устройства (фиг, 26) Б = х(С)ЙС/ ь в .некоторые моментыо времени С (слева от с ) или й (спра 0 ва от С ), поскольку значение с, априори неизвестно. Обозначим Я = - (С - С )/С - относительная поь о грешность времени отсчета в известном устройстве и 3 - относительнаяо среднеквадратичная погрешность измерения среднего значения предлагаемым устройством. Тогда выигрьпп в точности измерения среднего значения случайного процесса конечной длительности, обеспечиваемый предлагаемым устройством, описывается формулой 1/(1+), если с=с, т. е. Ь О6 /Ь, (1+) , если с=с, т, е.О,где й - относительная среднеквадрагтичная погрешность измерения среднего значения известным устройством. 1На фиг, 3 приведены кривые, описывающие выигрышв точности оценки среднего значения случайного процесса при использовании предлагаемого устройства, При Е ) О выигрьппрассчйтан для значений о =5, 10 и 207. Анализ кривых показывает, что чем ниже относительная среднеквадратичная погрешность измерения среднего значения предлагаемым устройством и ниже значение Я, тем быстрее растет обеспечиваемый предлагаемым устройством выигрыш по сравнению с известным. Приведенные расчетные соотношения и построенные графики45 позволяют количественно оценить этот выигрьпд, так при а = 207 и Е =507 величина= 5 дВ; снижение о до 57. идо 207. обеспечивает увеличениедо 10 дБ.5Выигрьдр в точности измерения среднего значения предлагаемым устройствам и еаза существенные атли чия обеспечиваются дополнительно введенными интегратором, квадрата рам, управляемым резистором, блоком определения максимуман, элементОм аналоговой памяти. Совокупность этих блоков определяет момент а скачкообразного изменения среднего зна чения случайнога процесса. Поэтому амплитуда импульса на выходе стробирующего устройства равна значению напряжения Ус в момент времениблизкий к с , Когда отсчет вы М ахаднаго напряжения в известном устройстве производится н момент времени с ( и (фиг, 26) выигрыш н точ 1а Р уности измерения объясняется тем, чта увеличение времени интегрирова 1ния ат С да с (если с известно) в предлагаемом устройстве приводит к более эФФективному подавлению флуктуаций измеряемого случайного процесса (Фиг. 2), Когда отсчет выход нага напряжения в известном устройстве производится в момент г. С (Фиг 26), подавление флуктуаций более эффективно, чем при отсчете в момент, указанный на фиг, 2 а. Однако, как следует из фиг. 26, при этом возникает существенная систематическая ошибка У -П , которая возрастает, с увеличением разности 1-г. о. ,40Таким образом, максимальная точность измерения срецнего значения случайного процесса достигается, если отсчет напряжения на выходе известнога устройства производить в момент времени С . Предлагаемоеаустройство, измеряя момент временисущественно повьпдает точность измерения среднего значения.Сигнал М(ь) на выходе дополнительно введенного управляемого резистора 7 в предлагаемом устройстве (при пренебрежении Флуктуациями) имеет вид, показанный на Фиг. 4. Этот сигнал всегда достигает максимума в момент времени Са. Наличиефлуктуаций несколько смещает положение максимума выходного сигналаблока 7 в точку с , близкую к Са,Блок 8 определения максимумов, определяя с, и управляя элементом 9аналоговой памяти, обеспечивает получение на выходе предлагаемого устройства (на выходе элемента 9) отсчета напряжения 0- в точке тем болееблизкой к Г, чем большеПа) и 1 Врезультате достигается выигрыш вточности измерения среднего значения, показанный на фиг, 3,Техническая сущность изобретениясостоит в реализапии высокой точности измерения среднего значения случайного процесса, когда неизвестнаега длительностьИзмерение предлагаемым устройством среднего значения случайногопроцесса, когда неизвестна его длительность, осуществляется с помощью операций интегрирования, возведения в квадрат, линейного изменения сопротивления, поиска местоположения экстремума и стробиравднияамплитуды сигнала, что обеспечивается дополнительным введением интегратора, квадратора, управляемого резистора, блока определения максимумов, элемента аналоговой памятии соответствующих связей,Предлагаемое устройство можетнайти применение при статистическомконтроле случайных процессов конечной длительности и в устройствахдля выделения полезных сигналов нафоне помех, позноляя обеспечить измерение среднего значения случайного процесса с точностью, близкойк потенциальной возможной,Предлагаемое устройство можетбыть реализовано с помощью стандартных блоков измерительной аппаратуры.В частности, схемы управления и управляемых резисторов могут быть выполнены на основе операционных усилителей, один из которых включаетсяв режим интегратора с постояннымконденсатором в цепи обратной связис управляемым резистором ва входнойцепи.1138812 рК 2 Составитель А Техред А,Бабин НВТОР Козори орректс О 690/38 исно СССР мите тии5 еу Д и От9шская Ш "Пат Ужго ектна Редактор УКРЙж ВНИИПИ Госу ПО ДВЛВИ 13035, Москва