Устройство для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСК А ЕСПУБЛИк 1)5 6 06 6 7/52 ИЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Московский институт инженеров граж-данской авиации(56) Авторское свидетельство СССРМ 987637, кл, 6 06 6 7/52, 1981.Авторское свидетельство СССРВ 1354219, кл. 6 06 О 7/52, 1985,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯРАСПРЕДЕЛЕНИЙ ВЕРОЯТНОСТЕЙ АМП-:.ЛИТУД ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ. (57) Изобретение относится к специализи- .рованным средствам вычислительной техники и может быть использовано дляизмерения статистических характеристикслучайных процессов, Целью изобретенияявляется повышение точности, Устройствосодержит два формирователя импульсов,первый триггер. два элемента И, первуюгруппу элементов И, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, группу счетчиков и первый пороговый блок, входкоторого является входом задания информации о вспышках молнии, а выход через Изобретенние, относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано для измерения статистических характеристик случайных процессов,Известно устройство для определения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее формирователь, амплитудно-импульсный модулятор,к и йств но с су ст ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР1 ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИД первый формирователь импульсов подключен к Я-входу первого триггера, прямой выход которого соедйнен с первымй входами первого и второго элементов,И, выход последнего подключен к счетному входу счетчика, выход которого соединен с входом первого дешифратора, Устройство отличается тем, что в него введены два формирователя импульсов, три ключа, два триггера, пиковый детектор, два элемента задержки, аналого-циФровой преобразователь; группа дешифраторов, вторая группа элементов И, группа пороговых блоков, группа элементов НЕ, два элемента ИЛИ и второй пороговый блок, вход которого является входом задания информации о раскатах грома устройства, а выход соединенс информационным входом первЬго ключа, выход которого через второй формирователь импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ; к входу первого элемента задержки и через второй элемент задержки - к первым входам элементов И первой группы, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса счетчика и пикового детектора. 3 ил,амплитудный анализатор, пиковыйтор, второй пиковый детектор, однотор, и элемент И,Недостатками известного устрявляются узкие функциональные возмсти, сложность настройки и низкаяверность работы,Наиболее близким по техническоности к заявляемому является устр1785010 30 40 50 55 для ойределения распределений вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее два одновибратора,формировательимпульсов, амплитудно-импульсный модулятор, третий одновибратор, элемент за прета, блок задержки, два пиковыхдетектора и два амплитудных анализатора, триггер; группу элементов И и пороговый блок.НедоСтатком известного устройства яв ляется ййзкая точность.Целью изобреейия является повышенйе точности устройства;Г 1 оставленная цель достигается тем, что в устройство для определения распределе ния вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее два формирователя импульсов, первый триггер, два элементы И, первую группу элементов И,гейератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор, 20 группу счетчиков и первый пороговый блок; вход которого является входом задания информации о вспышках молнии устройства, а выход через первый формирователь импульСов подключен к Я-входу первого триггера, прямой выход которого соединен с первыми входами первого й второго элементов И, выход которЬго подключен к счетному входу счетчика, выход которого соединен с входом первого дешифратора,введены два формирователя импульсов, три ключа; два триггера,-пиковый детектор, два элемента задержки, аналого-цифровой преобразователь, группа дешифраторов, вторая группа элементов И, группа пороговых блоков группа элементов НЕ: дваэлемента ИЛИ и второй пороговый блок, вход которого является входом задания информации о раскатах грома, а выход соединен с информационным входом первого ключа, выход которого через второй формирователь им-, пульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к входу первого элемента задержки, и через второй элемент задержки -к первым входами элементов И первой груп пы, выход каждого из которых соединен с входом разрешения последующего дешифратора группы, выходов каждого дешйфратора группы подключейы к счетным входам соответствующих счетчиков одноименной группы, выходы счетчиков групп и выход первого порогового блока являются выходами устройства, выход первого формирователя импульсов соединен с вторым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к Я-входу второго триггера, инверсныйвыход которого соединен с управляющим входом первого ключа, прямой выход первого триггера подключен к входу запуска генератора тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход счетчика подключен к входам дешифратора и пороговых блоков группы, выход каждого из которых, кроме последнего, соединен с входом одноименного элемента НЕ группы, выход первого порогового блока соединен с вторым входом первого элемента И первой группы, выходы всех пороговых блоков кроме первого соединены с первыми входами одноименных элементов И второй группы, выход каждого элемента НЕ группы, подключен к одноименным входам одноименного и всех последующих элементов И второй группы, выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и первого элементов ИЛИ, выход которого подключен к В-входу второго и первого триггера, инверсный выход которого соединен с управляющим, входом ключа, информационный вход которого подключен к выходу первого порогового блока, а выход через третий формирователь импульсов соединен с Я-входом третьего триггера, и входом четвертого формирователя импульсов, выход которого подключен к йвходу третьеготриггера, прямой выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный вход которого подключен к входу задания информации о вспышках молнии устройства, а выход соединен с ийформационным входом пикового детектора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразовате; ля, выход которого соединен с информационными входами дешифраторов группы, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которогосоединен с входами сброса счетчика и пикового детектора,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - структурная схема амплитудного анализатора; на фиг. 3 - структурная схема преобразователя кодов,Устройство содержит первый и второй пороговые блоки 1 и 2, первый, третий, четвертый и второй формирователи 3 - 6 им. пульсов соответственно; триггеры 7-9 с первого по третий, первый и второй элементы 11 и 12 И, преобразователь 13 кодов, пиковый детектор 14, первый и второй.элементы ИЛИ 15 и 16, дешифратор 17, второй элемент 18 задержки, второй и первый ключи 19 и 21, третий ключ 20, генератор 22 тактовых импульсов, аналого-цифровой преобразователь 23, первый элемент 24 задержки, амплитудный анализатор 25 и группу 26 амплитудных анализаторов, вход задания информации о вспышках молнии 27, вход 28 задания информации о раскатах(фиг. 2) содержит элемент И 36, дешифратор37 и группу счетчиков 38.Преобразователь 13 кодов (фиг, 3) содержит группу регистров 39, группу пороговых блоков 40, группу 41 элементов НЕ, 10группу элементов 42 И (вторую группу эле-ментов И устройства), элемент 43 задержки,счетчик 44 и дешифратор 45, выходы 46 элементов НЕ группы 41 и выходы 47 дешифра-.тора 45. 15Блок 25 отличается от блоков группы 26тем, что в нем не используется вход 33, авход 34 соединен непосредственно с разрешающим входом дешифратора 37,На чертежах не показаны цепи начальной установки устройства и выходные индикаторные узлы.Устройство работает следующим образом,Устройство предназначено для определения распределений вероятностей ампли. туд импульсных сигналов, являющихсяимпульсами электромагнитного излучения,в результате молниевых разрядов (напри-мер), и характеризующее распределение 30мощности молний. Кроме определения общего распределения вероятностей амплитуд ймпульсов всех молний, независимо отрасстояния молний от измерительного при- .бора, устройство позволяет получить частные распределения амплитуд сигналов отмолний в ряде эон: первая зона имеет размеры от 0 до В 1, вторая - от В 1 до В, и т.д.К-я зона - от Вдо Вь Таким образом,первая зона является круговой, э остальные 40- кольцевыми, Устройство позволяет опре-.делить распределения вероятностей ампли- .туд молний по зонам с произвольнымиразмерами и с произвольным количествомзон. 45Работа устройства производится в двухрежимах: режиме установки размеров зон ирабочем режиме,В режиме установки размеров зон, врегистры 39 блока 13 записываются двоичные коды, соответствующие значениям В 1. из соотношения В 1=(11 1 д(Чз, где 1 - радиуссоответствующей зоны. б - частота следования импульсов от генератора 22 устройства, Чз - скорость звука. Перед началомзаписи счетчик 44 устанавливается сигналом сброса в нулевое состояние (сигналсброса не показан на фиг, 1), нулевой код сего выхода устанавливает единичный сигнал нэпервом выходе дешифраторэ 45, открывая для записи регистр 39. Нэ входы 29 подается код В; затем на тактовый вход 30 подается синхроимпульс, по которому код В 1 записывается в регистр 391 и с некоторой задержкой инкриминируется счетчик 44, подготавливая запись следующий регистр 392. Так производится запись эначейий зон во все регистры 39.После установки границ всех зон режим установки завершается и устройство после общего сброса узлов 7, 8,9, 12, 26(38) готово к работе в основном режиме (цепи общего сброса не показаны).Таким образом, в исходном состоянии триггеры 7 - 9; счетчик 12 и счетчики 38 - в нулевом состоянииИмпул ьс, вы з ванн ый электромагнитным полем молнии с входа 27 устройства поступает на вход порогового элемента 1, йа выходе которого в момент превышения входным импульсом значения порога формируется положительный потенциал, по переднему фронту которого срабатывает формирователь 3 и устанавливает триггер 7 в единичное состояние. Длйтельность импульса с выхода формирователя 3 выбирается таким образом, чтобы импульс закончился до установки триггера 7 в единичное состояние, для предотвращения установки тем же импульсом триггера 8 в единичное состояние, Импульс с порогового элемента 1 проходит через открытый положительным сигналом с инверсного выхода еще не установленного в единичное состояние триггера 7 ключ 19 и поступает на формирователь 4, а затем - на формирователь 5, В совокупности блоки 4 и 5 определяют длительность импульса с выхода триггера 9, управляющего интервалом работы пикового детектора 14. Сигнал с формирователя 4 устанавливает триггер 9 в единичное состояние, а сигнал с формирователя 5 - возвращает его в нулевое состояние, чем регулируется часть импульса от молнии, которая подвергается анализу в пиковом детекторе, На время единичного состояния триггера 9 открывается ключ 20 и импульс молнии поступает на информационный вход пикового детектора, в котором определяется максимальное значение амплитуды данного импульса, Аналогоцифровой преобразователь преобразует эту величину в цифровой код.После установки триггера 7 в единичное состояние открывается элемент И 11 и запускается генератор тактовых импульсов 22, . импульсы с выхода которого через элемент И 11 поступают нэ вход счетчика 12, Содержимое счетчика 12, наращиваемое импульсами от генератора 22, пропорциональновремени"запаздывания импульса грома относительно импульса молнии; устройствоожидает поступления импульса грома. Импульс грома в вйде электрического сигнала (датчики, преобразующие электромагнитные и акустические сйгйалы "в электрические не показаны на чертежах) поступает на вход 28 устройства. При превышении порога срабатывает"пороговый элемент 2, на выходе которого Формируетсяимпульс, длительность которого равна мак- "симально возможной" реальнойдлительности импульса грома (например, 20 с) и 15поступает на вход ключа 21, открытого единичным сйгналом с инверсного выхода триггера 8. а далее - через формирователь импульсов 6 на вход элемента ИЛИ 15,уставателя 13 кода, В любой"момент времени лишь один из этих сигналов открывает соответетвующий элемент 36 И - в зависимости от нахождения содержимого счетчика 12 в 30 соответствующей "зоне", что соответствует определенной зоне расстояния домолнии,и с его выхода разрешающий сйгнал поступает на управляющий вхбд дешифратора 37, на информационные входыкоторого поступает сигнап-с выхода блока 23, В результате 35единичный сигнал появляется на том выхо-де дешифратора 37 соответствующего амплйтудного анализатбра 26, номер которого соответствует коду с выхода блока 23, Числовыходов дешифратора 37 определяется коййчествбм различаемых устройством града 40 ций амплитуд импульсов .молнии и одийаково дпя всех блоков 26, Сигнал с выхода дешифратора 37 ийкримйнирует содержимое соответствующего"счетчика 38 дайного блока 26, Таким образом, в блоках 26 и счетчиках 38 производится регистрация распрЕделения вероятностей пбрабстояйиям до молний и амплитудам импульсов молний, 50 Элемент задержки 18 предназначен дпя устранения "двойной записи", то есть, его параметр выбирается таким образом, чтобы к" Моменту записи в один из счетчиков 38: счетчик 12 был. йадежноустановлен.После эъписй, импульсом с выхода 34, задержанным на элементе 24 задержки, че. рез элемент ИЛИ 16 счетчик 12 устанавливавтсяв исходное, нулевое состояние, а пиковый детектор 14 сбрасывается. Устройнавливая триггер 7 в нулевое состояние и 20запрещая прохождение тактовых"импульсов на счетчик 12. Этот жеимпульс поступает на входы элементов И 36 блоков 26 и "открывает их, Йа вторые входы элементов И36 поступают сигналы с выходов преобраэо ство готово к приему и обработке следующего импульса.Если после импульса молнии импульсгрома был слаб и не вызвал срабатыванияэлемента 2, регистрации не происходит.При этом счетчик 12, модуль счета которогоопределяется из соотношенияН/Чз)+ грвах)= М Тг,где М - модуль счета счетчика 12, тгртэх -максимальная длительность импульса грома, - максимальное расстояние до молнии,фиксйруемой прибором (верхняя границапоследней, К-й зоны), достигает максимального значения содержимого, по которомусрабатывает дешифратор 17, и его выходной импульс через элементы ИЛИ 15 и 16устанавливает блоки 7, 8, 12 и 14 в исходноесостояние,Аналогично блокам 26, амплитудныйанализатор 25 фиксирует распределениеамплитуд импульсов молнии независимо отрасстояния до мблнии,В устройстве предусмотрена защйта отфиксации неверных результатов, которыевозможны в следующих ситуациях; при возникновейии второй молнии до прйема устройством сигнала грома от первой, когдавторая молния находится настолько ближе,что сигнал грома от нее приходит раньшесигнала грома от первой молнии. Защитаустройства от-таких ситуаций работает следующим образом.Если до окончания обработки сигналатромаот йекоторой молнии, поступил сигнал от другой молйии, (ипи. нескольких молний), то ключ 19 закрыт нулевым сигналом синверсной выхода триггера 7; кроме того,срабатвывает элемент И 10, устанавливаятрйггер 8 в единйчное состояние, чем закрывается ключ 21; не пропуская сигналы грома(возможно - ложные) в канал грома, ипредотвращая запись возможных ложныхсигналов, Сигналом с элемента И 10 сбрасывается счетчик 12 и детектор 14 черезэлемент ИЛИ 16. Счетчик 12 продолжаетотсчитывать от "нуля" до максимальногозначения, реализуя защитййй временнойинтервал, в твчение когбрбгб велика вероятность смешйвания результатов от различныхмолний и фиксации ложной информации. Вэтом интервале другие сигналы молний вновьсбрасывают егов исходное состояние, Еслиже интервал защиты заканчивается, срабатывает дешифратор 17 и устройство устанавливается в исходное состояние.Преобразователь кода 13 работает следующим образом,Текущее содержимое счетчика 12 поступает на входы всех блоков сравнения 40, На10 1785010 10 20 30 55 9выходе блока сравнения 40 формируется положительный сигнал тогда, когда код с выхода счетчика 12 меньше или равен коду с выхода соответствующего регистра 39, Таким образом, при нулевом содержимом счетчика 12 на выходах всех блоков 40 -единичные сигналы, которые подаются на соответствующие элементы НЕ 41; в начальный момент все элементы И 42 закрыты, и единичное значение имеет лишь сигнал на выходе 331. После пересечения кодом счетчика границы В 1, на выходе блока 401 формируется нулевой сигнал, открывая черезэлемент НЕ 412 элемент И 422; положительный сигнал формируется на выходе 332, в то 15 же время на выходах 331 и 33 зк - нулевые сигналы, то есть, в работу на данном интервале расстояний включается блок 26, Аналогично, при наращивании содержимого счетчика 12 последовательно формируются сигналы на последовательных выходах 33 блока 13, причем в любой момент времени лишьна одном из выходов 33 единичный сигнал,Таким образом, устройство позволяет фиксировать распределение вероятностей амплитуд импульсных сигналов в произвольном числе зон с произвольными параметрами (границами), и реализует защиту от регистрации ложной информации, что расширяет его область применения и повышает. достоверность работы, Формула изобретения Устройство для определения распределейий вероятностей амплитуд импульсных сигналов, содержащее два формирователя импульсов, первый триггер, два элемента И первую группу элементов И, генератор тактовых импульсов, счетчик, дешифратор,группы счетчиков и первый пороговый блок,вход которого является входом задания.информации о вспышках молний устройства, а выход через первый формирователь импульсов подключен к Я-входу первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входами первого и второго элементов И, выход котдрого подключен к счетному входу счетчика. выход которого соединен с входом дешифрэторэ. с т л и ч э ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два формирователя импульсов, три ключа, два триггера, пиковый детектор, два элемента задержки, аналого-цифровой преобразователь, группу дешифраторов. вторую группу элементов И,группу пороговых блоков, группу элементов НЕ, два элемента ИЛИ и второй пороговый блок, вход которого является входом задания информации о раскатах грома, а выход соединен с информационным входом первого ключа, выход которого через второй формирователь импульсов подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, к входу первого элемента задержки и через второй элемент задержки - к первым входам элементов И первой группы, выход каждого из которых соединен соответственно с входом разрешения последующего дешифратора группы, выходы каждого дешифратора группы подключены к счетным входам соответствующих счетчиков одноименной группы, выходы счетчиков групп и вцхоД первого пороговдго блока группы являются выходами устройства, выход первого формирователя импульсов соединен свторым входом первого элемента И, выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ и к Я-входу второго триггера, инверсный выход которого. соединен е управляющим входом переого ключа," прямой выход первого триггера подключен к входу запуска генератора тактовьхиМпульсов, выход которого "соедийен с вторйм входом второго элемента И, выход счетчика подключен к входам дешифратора ипороговых блоков групйы, выход кэжддо иэ кОторБ 1 х, кроме последнего соединен с входом одноименногоэлемента НЕ групйы,выход первого порогового блока соединен с вторым входом первого элемента И первой группы, выходы всех пороговых олоков, кроме первого, соединены с первыми входами одноименньгх "элементовИ второй группы, выход каждого элемента НЕ группы подключен к одноименнымвходам одноимейного и всех последующих элемемтов И второй гоуппы, выход дешифратора соединен с вторыми входами второго и йереого"элементов ИЛИ, выход которого подключен к В-входам второго и первого триггеров, инверсньй выход которогд сдедййей с управляющим входом второго ключа, информационный вход которого подключен к выходу первогопорогового блока, а выход через третий формирователь импульсов соединен с Я-входом третьего триггера и с входомчетвертого формирователя импульсов, выход. которого подключен к Я+входу третьего триггера, и рямой выход которого соединен с управляющим входом третьего ключа, информационный вход которого подключен к входу задания информации о вспышках молнии устройства, э выход соединен с информационным входом пикового детектора, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с информационными входами дешифраторов группы, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса счетчика и пикового детектора.1785010 Составитель С,КишенскийТехред М.Моргентал . Корректор, М Ке Коляда едактор н аказ 4367 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СС твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина Произ