Устройство для определения функции распределения вероятностей стационарных случайных процессов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 74 А 9) (11) 5 д 4 С 06 Р 15/ БРЕТ ЕЛЬСТ ичес о СССР1979.СССР1977.(54) УСТРОЙСТВО ЦИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЦИОНАРНЫХ СЛУЧАЙН .(57) Изобретение тельной технике дл тических характе НИЯ ФУНКТЕЙ СТА- ОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ ВЕРОЯТНОС 11 Х ПРОЦЕСС относится я определе истик. Целвычислия статисью изо ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(71) Куйбьппевский электротинститут связи(56) Авторское свидетельстВ 798898, кл. С 06 С 7/52,Авторское свидетельствоР 679992, кл. С 06 Р 15/36 ретения является повышение точности и расширение класса решаемых задач за счет адаптации к статическимсвойствам процесса и повышение точности. Устройство для определенияфункции распределения вероятностейстационарных случайных процессовсодержит амплитудный дискриминатор 1,цифроаналоговые преобразователи 22, 7, генератор 3 тактовых импульсов, селектор 4, счетчики 5,6,13,12,15, регистратор 14, дешифратор17 и КЯ-триггер 18. За время адапта"ции измеряют с заданной точностьюсреднюю продолжительность выбросовнад уровнем анализа и устанавливаютпропорциональный ей интервал временной дискретизации процесса. 1 ип.(Х,са о выб е над уровнем Х Т, дает оценку п и чем выше Х/ 6 - среднеква ие случайного пр днее число выброоцес анализа оогрешност время сверх точне значеСр = Ъ,(Х выбро епке дргтическ оцесса. сов 11 (Х тенсивно гь К 1"1(Х Х(О) К И (Х,), -. (3 среднее значение положительной производной случаного процесса не зависящее от уровня Х анализасреднее число выбросов над нулевым уровнем в единицу времени, связанное шириной энергетического спектра процесса э(0),О) Изобретение относится к вычислительной технике для определения статистических характеристик,Целью изобретения является повышение точности измере:яий и расширение класса решаемых задач за счетадаптации к статистическим свойствам процесса.На чертеже изображена функционапьная схема предложенного устройства.Устройство содержит амплитудныйдискриминатор 1, цифроаналоговыепреобразователи 2, 22, генератор 3тактовых импульсов, селектор 4, счетчик 5 числа выбросов, счетчик б числа уровней анализа, преобразователь7 код-напряжение, блок 8 задания времени индикации, преобразователь 9средней длительности выброса в код,управляемый делитель 10 частоты, первый элемент И 11, счетчик 12 временипревышения уровня, счетчик 13 общеговремени анализа уровня, регистратор14, преобразователь 9 состоит изсчетчика 15, второго элемента И 1 б,дешифратора 17 и Б.Я-триггера 18.Б основу работы предложенногоустройства положены следующие теоретические предпосылки.Необходимо установить связь между статистической погрешностью измерения и временем анализа, Величина среднеквадратической погрешнссти измерения функции распределенияЯ (1)э- Функция автокорреляциипроизводной процесса;К(Х) - одномерная плотность распределения,5 Из равенств (1) - (4) получимискомую связь между максимальнойстатистической погрешностью измерений интегральной функции распределения стационарного случайного процесса и временем Т анализа 1 1, Т э Т з (5) следует, чтоот Т, 6 ГХ иАлгоритм работы должен быть задантак, чтобы в отсутствие априорной информации о АГ коэффициентеформы спектра и виде одномерной плотности распределения процесса И(Х),погрешностьв (5) не превышала"д максдопустимой, наперед заданной величины. Для этого, как следует из формул(1) и (2), необходимо поддерживатьпостоянство числа выбросов процесса Ю(Х ) = Е на любом уровне анализаХ При этом Як с 1/ -Е и выборемкости счетчика 5, например, иэусловия Е =(10 - 10 ) обеспечиваетзЕ в пределах не более 1-37.3пмаксВремя Т = Е/Ъ, (Х ) заканчиваетсяавтоматически при заполнении счет-чика 5 и зависит от Х , всегда устанавливается обратно пропорциональным 0 Ь Гэ.Кроме с.т я И ситО Я,э суще ть кот вует аппаратурнаая, как и п ешно ростомогрешносГ обуслти выбро ст АГ,ь. Рос 1 э аппаратурная и 1)а с увеличением ь ращением длительнос цесса над Х в рез=: сопзс, что имеет ных по частоте аеал 0 погрешность измерен к:оротких выбросов и мени превышения уро Средняя длительн в зависимости от Х етсявлен соков прори Теадаптив чльтате есто в растетльности затора я длит уммарного вревыбросов определя т и 1 - Р(Х, ) о о (Х ).х.где Р(Х,) =У(Х) АХ - значениеинтегральной функции распределенияпроцесса Х(1) при Х=ХПодстановка в (6) формул (3) и(4) даете (Х) = ------- у (7)ср о уКш(Х,) Ь Р,Ъ 7 (Ха)где р(Х ) = -- - -- функция интено 1-Р(Х )сивности процесса.Сущность измерения заключается вдостижении независимости максимальной относительной погрешности измерителя от уровня анализа и шириныэнергетического спектра процессапутем автоматического изменения интервала временной дискретизации Тс изменением средней длительностивыбросов над уровнем анализа. Приэтом период следования счетным импульсов Тд не остается постоянным,.а следит за средней длительность(Х,)/Т = А1 оставалось постоянйой наперед заданной величиной прилюбом уровне анализа и ширине спектра частот процесса.В итоге анализатор получаетсяадаптивным, подстраивающимся подстатистические характеристики исследуемого случайного процесса, поэтому отпадает необходимость в предварительной информации о процессе. Меньшая часть времени наблюдения должнабыть затрачена на адаптацию анализатора, а оставшаяся большая частьобщего времени наблюдения - на измерения относительного времени превышения уровня анализа ХВ процессе адаптации подсчитывается Е - время превышения уровня,Хо, в течение которого состоялосьровно А выбросов процесса над уровнем. Поскольку до окончания адаптации сведения о средней длительностивыбросов с, (Х) отсутствуют, цифровое измерение Е - времени осуществляется с максимально возможнойточностью, т.е. с минимальным периодом временной дискретизации Т =1/макс, где 1 макс частота задающего генератора счетнйх импульсов.За время подсчитывается счетчиком15 случайное число К импульсов частоты Г,. К - Е ГмА и,1где -- 3 а - допустимая относи 5055 5 10 15 20 25 35 40 тельная аппаратная погрешность измерителя; и - случайный код, задающий на этапе измерений Т = и/ЙУстройство работает следующим образом.Случайный процесс Х(с) поступает на информационный вход амплитудного дискриминатора 1, представляющего собой компаратор напряжения. На вход задания уровня дискриминатора. 1 поступает опорное напряжение с выхода преобразователя 7. С выхода дискриминатора 1 на информационный вход селектора 4 поступают импульсы, длительность которых совпадает с длительностью выбросов процесса над уровнем анализа ХНа вход селектора 4, представляющего собой элемент И, поступают счетные импульсы с управляемого делителя 1 О частоты, через первый элемент И 11. Делитель 10 частоты представляет набор реверсивных счетчиков с предварительной установкой кода, задающего переменный коэффициент деления. Управляющий код поступает со счетчика 15.На время установки управляющего кода, в течение времени адаптации устройства к средней длительности выброса, решающий блок 18 преобразователя 9 запрещает поступление импульсов на селектор 4, подавая импульсы на вход элемента И 11.Одновременно дешифратор 17 и асинхронный К 8-триггер разрешают до завершения адаптаЦии прохождение счетных импульсов с генератора .3 тактовых импульсов через второй элемент И 16 на счетчик 15. К моменту накопления в счетчике 5 заданного количества импуль. сов А адаптация устройства к средней длительности выбросов заканчивается. С выхода КЯ-триггера 18 запрещающий уровень подается на элемент И 16 и препятствует дальнейшему прохожпению импульсов с генератора 3 на счетчик 15, в котором к этому моменту устанавливается код и, равный требуемому коэффициенту деления частоты генератора 3 счетных импульсов. Одно временно решающий блок 18 снимает запрет с элемента И 11, с выхода которого на первый вход селектора 4 начинают проходить счетные импульсыс частотой Й ,/и.В Я Е ЕЬЕЦт тЕ Ь С О ЕЕ ГЕ О цт СЕ т С Е т;тт П ЕЕ. С т Е -. т Ч;-ком т 2 к колтесчестет имцУ;еьсов т эафИЕ,СЕГЛОБ,ЕЕЕСЕ,ЕЕС СтЕЕ. тСИКОМ3 рСЕВЕЕООТНОС ЕСЕЕ ГЕЕтЕЕОтСт В тЗЕЕ тЕЦИ Еттз тбшв ДЕГЕЕЕТРеЯллэсеесцтГ ееРОЦосссэ. Х с г ЕГЯ. ;РОВ"нем Х и с.Геужеет Оцсцекой искомойИН Е ЕЕ ттЯЧЕтЕОЕт ттЕУтЕТттЕ сЯСЕТИЕДЕ ЧЕКтссКОДЫ, ЗЯИИКСИРОВДЦЕ ЫЕ Г Ст. т -истКаХ 12 И 13 К ЕЕОЕС-.ЕГтту Нячяпя ПрЕМЕНИИНДИКДЦЕЦт ПОСТ тГЕДТ ЦЯ ЕцсфтЕОЯЦДЛОГОвые преобраэоечетоли., 2, ПервыйСсПАП преобразует кст,е с.четчикя 12 Вре -МЕЦИ ПРЕЛЫШЕЕПЕЯ УРОГЕтЯ Б сСтЕЕсЯЛОГОтЗттлВЕЛИтЕЕЕцтт Я Бт,"т 1 тй 111,т ОС ШЕС ГВТЕЕ ГДЕЛЕНИЕ ЭТОЙ ЯЦДЛОГОВОЙ ВЕЛЕЕтЕЕПЪ НЯкод счетчика ,3 общего ее 1 есесеееес дцдчи3 Я УРОВ ПЛ 11 ст Г Ет СДС. стц ттВ т Ет СНИЕ ЕЕЕ 1 ЕЕтЕГЕЕЕ т тЕтттстх. тт; П; - ,тЕ З; тцссд с ЕТОЯННОЕ КЗПРЯЖЕКЕЕЕ т СРСПСЕРЕЕЕЕОЕсстСЬЕЕСЕЕзначению ицтег .яльцс й фуеекпии ряс:пределецця ця уровне яцдле;зя ., кторое поступает ца регистратор 14,представг;яющий собой дндл, го-Гт 1 гесз.вой преобразователе,7 т,1 П 1 и цифроПЕЧЯтЯЮШЕЕ УСТРойС;ТПС, фИКСИРт ЮЩЕЕцифровой отсчет интегральной функциираспределения случайного процессаХ (с ) ця уровнсе Х" яееялиэд.В момент окопчация Бремени индикации задним фронтом импульса с Выхода формирователя В импульсов време 311 С МОМЕНТЯ ОКОЦЧЯНИЯ ЯДсЕПТЯЦИИ И до момента заполнения, счетчика 5 числа выбросов емкостью Е происходит измерение интегральной Функции распределения случайного процесса 5 на данном уровне Х, анализа. С выхода селектора 4 пачки импульсов длительностьео, равной времени суще- ствоезанееЯ выбРосд НЯЦ УРОвцем Х т с частотой е: ,/и заполнения прохо 1 О дят на счетчик 12 времени превышения уровня. Одновременно немодулировянная последовательность импульсов с Той жс частотой Г /и поступает на счетный вход счетчика 13 общего Времени анализа уровня.Прн ЗяцотЕЕтсЕЕстттсЕЧЧКЗ 5 ЕсчМЕрсние на данном уроеще Х эавереяает- СЯНЯ БЕЖЕЕЕЕ СНЯТ ИН РЕЗУсСЕтссГЕЯ Г Рт20 гистратора 14 формировате;еь 8 Вырабатетеездеч имлутеьс., ко.сорьтй удерхииаЕт В ЕСтЛСЕ В ТЕЕВИНЕ ВрЕМЕЕтц Итт ЕИсав Ции счеттсик 5 числсе ВыбРОт.ОВ .С ЕсятЯЕтся Итров;ЕЕЕЕЕт ЕСЕтдЕЕ Сяции Сиицял С ЯЯ-ЕРЕСГЕ ЕРД ЭаЕЕВЩЯС Е;т;ЕЛЬЕЕЕйШЕЕ ПРОХОжРтЕЕСЕЕЕ СЧЕТНЫХ ИМПУП: СОВ;Яни индикации сбрасываются в нульсчетчики 12 и 13, Этим обеспечивается подготовка устройства к измерениюца новом, увеличенном уровне Х анаолиза.Следующие Е выбросов анализируются при другом уровне анализа Хтткоторый устанавливается автоматически с помощью счетчика 6 числа уровнейанализа, преобразователя 7 Е,ЦАП).При этом в момент окончания анализа первых Е выбросов над начальнымуровнем Х с другого выхода счетчика 5 поступает импульс переполненияна вход счетчика 6, код которогоувеличивается на единицу, поступаетня кодовые входы преобразователя 7и увеличивает уровень напряжения навходе дтескриминатора 1 на одну градацию АХ так что Хо = Х + 6 ХВеличину вьебрЯЕецого дифференциального коридора ъХ можно регулиро -вать, в зависимости от динамическогодиапазона случайного процесса Х ,С ПОМОЩЬЮ ИЭМЕНЕНИЯ УРОВНЯ С ГЬЕХОДЯП/т,П 7.Работа устройства ца новом уровнеяцялиэа происходит аналогично описанНОМУ,В целом рабочий цикл завершаетсяв момент переполнения счетчика бт:ЕСЛЯ УРОВНЕЙ ЯЦДЛИЗЯ, ПРИ ЭТОМ ПРОисходит его обнуление и процедураизмерения и регистрации интегральной фуееесциее распределения стационарного случайного процесса Х (ь) за-,ессенчееезаетсЯ. ПРи цеобхоцимссти Рабо-.чий цикл может быть повторен от начала до конца, при этом точность измерений повышается зя счет усреднения результатов анализа по каждомуциклу. Подобное повторение измерений возможно либо при достаточноцлительпом сущестГеоляции реализациипроцесса Х (Г) на Входе устройства исохранении условия стационярцости иэргодицямичцости процесса в течениеВсего времени измерений, либо призаписи реализации процесса, например, ця магнитную пленку и мцогократ.тОМ ВОСПРОИЗВЕДЕНИИ ЗЯПИСИ,Формула из ОбретенияУстройство для определения функции ряс:еределения Вероятностейстационарных случайных процессов, содержащее регистратор, генератор таестовых импульсов, ампли- Е УДЕЕЫЕсс ДИСКРИМИНатОР, ИифОРМЯ 1317453ционный вход которого является входом устройства, вход задания уровняамплитудного дискриминатора подключен к выходу преобразователя коднапряжение, вход которого подключен 5к выходу счетчика числа уровнейанализа, вход которого объединен свходом формирователя импульсов вре-мени индикации и подключен к выходупереполнения счетчика числа выбросов, вход сброса которого соединенс выходом формирователя импульсоввремени индикации, а счетный входсчетчика числа выбросов объединен спервым входом селектора и подключенк выходу амплитудного, дискриминатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения класса решаемых задач за счет адаптации кстатистическим свойствам процесса и 20повышения точности, в него введены счетчик времени превышения уровня, первый и второй цифроаналоговыепреобразователи, управляемый делитель частоты, счетчик общего временианализа уровня, первый элемент И,сумматор, второй элемент И, КБ-триггер и дешифратор, вход которого соединен с информационным выходом счетчика числа выбросов , вход сброса которого объединен с входом сброса сумматора,выходы которого подключенысоответственно к управляющим входамуправляемого делителя частоты, информационный вход которого объединен спервым входом второго элемента И иподключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход управляемогоделителя частоты подключен к первомувходу первого элемента И, второйвход которого соединен с инверснымвыходом КВ-триггера, прямой выходкоторого соединен с вторым входомвторого элемента И, выход которогоподключен к счетному входу счетчика,а входы установки в "О" и в ."1" КБтриггера соединены соответственно с ,выходами дешифратора, при этом выходпервого элемента И подключен к счетному входу счетчика общего временианализа уровня и к второму входуселектора, выход которого соединенсо счетным входом счетчика временипревышения уровня, вход сброса которого объединен с входом сброса счетчика общего времени анализа уровня иподключен к выходу формирователяимпульсов времени индикации, выходысчетчика времени превышения уровняи счетчика общего времени анализауровня подключены соответственно кцифровым входам второго и третьегоцифроаналоговых преобразователей,выход второго из которых подключен каналоговому входу третьего цифроаналогового преобразователя, выходкоторого соединен с входом регистратора,Заказ Проектная, 4 водственно-полиграфическое пре тие, г.Ужгоро 2 б/45 Тира БНИИПИ Государ по делам изо 113035, Москва,.672 Подписноетвенного комитета СССРретений и открытийЖ, Раушская наб., д,4/5