Устройство для определения временных характеристик случайных процессов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03. 04. 80 (21 2928418/18-24 Р 1)М Кл з С 06 С 7/52 с присоединением заявки Но Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 231282. Бюллетень Но 47 Дата опубликования описания 23,12.82(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕИЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАИНЫХ ПРОЦЕССОВ Изобретение относится к специализированным средствам, вычислительной техники,. предназначенным для аппаратурного определения характеристик5 случайных процессов.Известно устройство для измерения временных характеристик случайных процессов, относящееся к классу временных статистических анализаторов, содержащее формирователи, преобразователь интервал - число, счетчики импульсов, триггер 1 ).Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для измерения временных характеристик случайных процессов, представляющее собой вариант наиболее распространенного временного многоканального анализатора, дополненного схемой Формирования интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов "Обратное время возвращенияи и интервалов фПрямое время возвращения", при этом "Прямое время возвращения т определяется как 25 длина интервала времени от фиксированного момента й , выбранного произвольно - беэ учета какой-либо информации об излучаемом случайном процессе до ближайшего следующего пересе- ЗО чения. "Обратное время возвращения"определяется как длина интервала оор1 В Нвремени, измеренного назад от момента йо до последнего момента пересечения, предшествующего моментуУстройство позволяет измерять следующие характеристики случайных процессов: распределение длительностей выбросов (провалов, пересечениЯ), длительностей интервалов, содержащих заданный момент времени, интервалов "Обратное время возвращения" и интервалов "Прямое время возвращения". Устройство содержит формирователь выбросов, Формирователь прямоугольных импульсов, преобразователь интервал число, адресный счетчик, и-выходовый дешифратор, п логических элементов и и счетчиков импульсов, первую и вторую диФФеренцирующне цепи, эЛемент задержки, генератор импульсов заполнения, (и+1)-й элемент И, селектор импульсов, триггер с раздельным запуском, переключатель режима работ 121Недостатком известного устройства является невозможность измерения такой важной характеристики как функция корреляции длительностей выбросов случайных процессов.983724 4вижный контакт этой группы соединенс входом второй дифференцирующей цепи, а первый неподвижный контакттретьей группы контактов объединенс третьим неподвижным контактом вто, 5 рой группы контактов переключателяуежима работ и соединен с входомтретьего дополнительного счетчикаимпульсов и выходом формирователяпрямоугольных импульсов, первый и10 второй неподвижные контакты второйгруппы контактов объединены и подключены к выходу элемента задержки,подвижный контакт второй группы контактов соединен с входом первой диф 5 Ференцирующей цепи, а дятый неподвижный контакт первой группы контактовпереключателя режима работ подключенк выходу элемента ИЛИ.Известно, что для стационарныхэргодических процессов имеет местосоотношениеЩх 7.еце Мх 7 - математическое ожиданиедлительности произвольного выброса;Эк 1 - дисперсия длительностипроизвольного выброса;30МЬ;3- математическое ожиданиедлительности 1-го выброса, следующего эа выбросом, содержащим заданныймомент времени ,о- Р; - коэффициент корреляциидлительностей двух выбросов с опаздыванием 3 После несложных преобразованийсоотношение (1) принимает видМС(е;7- М Гх 7) - математическое ожиданиедлительности промежуткавремени от моментапропавшего внутрь выбросадо конца этого выброса. МГ(;7- Мх 3 ЙМГ%7-МГх 7 При определении корреляционной Функцйи случайной эргодической после довательности выбросов по одной реализации формула (3) принимает видС;-хР 1 - - (е=еее 1 ее" У е (4)2%- Х Пелью изобретения является расширение Функциональных воэможностейустройства за счет определения функции корреляции длительностей выбросов.Поставленная цель достигается темчто устройство для определения вре,менных характеристик случайных процессов, содержащее переключатель режима работ, состоящий из трех группконтактов, адресный счетчик, входсброса которого соединен с выходомпервой дифференцирующей цепи, а разрядные выходы через дешифратор подключены к первым входам элементовИ группы, выходы которых соединеныс соответствующими счетчиками импульсов, а вторые входы элементов И группы объединены и подключены к выходувторой дифференцирующей цепи, формирователь выбросов, вход которого является входом устройства, а выходчерез формирователь прямоугольныхимпульсов соединен с входами преобра.зователя интервал - число, элементазадержки, первыми входами триггераи элемента И, второй вход которогоподключен к выходу генератора импульсов заполнения, а выход соединен,с входом селектора импульсов, выходкоторого подключен к второму входутриггера, содержит дополнительныйтриггер, дополнительный элемент И,элемент ИЛИ, дополнительные счетчи" ки импульсов при этом каждая группаконтактов переключателя режима работсостоит из пяти неподвижных и одногопбдвижного контактов, выход преобразвателя интервал - число соединен свходом первого дополнительного счетчика импульсов, с пятым неподвижнымконтактом третьей группы и с четырьмя 40неподвижными кОнтактами первой группы контактов переключателя режимаработ; подвижный контакт которой соединен со счетным входом адресного где М( Ьосчетчика, выход которого подключенк второму дополнительному счетчикуимпульсов, пятому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя режима работ и первомувходу дополнительного триггера, выход которого соединен с первыми вхо- где МФдами дополнительного элемента И иэлемента ИЛИ, второй вход которогоподключен к выходу дополнительногоэлемента И, второй вход которого соединен с первым входом триггера, второй вход дополнительного триггераподключен к выходу селектора импуль- . Р;сов, к четвертому неподвижному итретьемунеподвижному контактам соответственно второй и третьей группы 60контактов переключателя режима работ,второй и четвертый неподвижные контакты третьей группы контактов переключателя режима работ объединены и соединены с выходом триггера, первый подгде х - среднее значение длительностей всех выбросов;Ж - среднее, значение длительностей промежутков времени между моментами времени 5йк(К = 1, 2, ), выбраннымнезависимо от исследуемогосигнала и попавшими внутрь.выбросов, и концом соответствующих выбросов (или среднее значение длительностейинтервалбв фПрямое времявозвращения"),Ь; -среднее значение длительностей 1-х выбросов, следующих 15за выбросами, содержащимимоменты времени й.Таким образом, измерение корреляционной Функции длительностей выбросов случайных процессов можно осу Оществить реализацией следующих опе- .раций: измерение средней длительности всех выбросов (величина Х); формирование последовательности стробирующих импульсов (в моменты времени г) 25измерение средней длительности интервалов "Прямое время возвращения" (величина И); измерение средней длительности 1-ых выбросов, следующих заинтервалами "Прямое время возвращенияз (величина 1); определение значений корреляционной функции по формуле (3).На Фиг, 1 изображена блок-схемапредлагаемого устройства на фнг. 2 35и 3 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства,Устройство содержит формирователь1 выбросов, Формирователь 2 прямоугольных импульсов, преобразователь3 интервал-число, адресный счетчик 4,дешифратор 5, группу элементов .И6-6 д, и счетчиков импульсов 7 -7,две днфференцирующих цепи 8 и 9, элемент 10 задержки, генератор 11 импульсов заполнения, элемент И 12,селектор 13 импульсов, два триггера 14 и 15 (с раздельным запуском),дополнительный элемент И 16, элементИЛИ 17, три дополнительных счетчика1820 импульсов, переключатель 21 режима работ, индексами 22-39 обозначены контакты переключателя.Принцип работы описываемого устройства заключается в следующем,Пять положений переключателя 21соответствуют измерениям следующих(провалов, пересечений), длительностей интервалов, содержащих заданный бфмомент времени, интервалов "Обратноевремя возвращения", интервалов "Прямое время возвращения", а также Функция корреляции длительностей выбро-,сов случайных процессов. 65 В первых четырех режимах измерений устройство работает следующимобразом.Исследуемый сигнал поступает навход формирователя 1 выбросов. В последнем установлен заданный порог,относительно которого формируются им,пульсы, длительности которых равныдлительностям выбросов.Импульсы с выхода Формирователя 1выбросов подаются на вход формирова- .теля 2, который в зависимости от типа измеряембго интервала формирует.прямоугольные импульсыдлительностьюфГ; ., равной, соответственно, длительностям выбросов, провалов или пересечений.Прямоугольный импульс длитель-ностью ь; с выхода формирователя 2поступает на вход преобразователя 3интервал - число ипреобразуется в па-кет импульсов, число в; которых пропорционально ь , Полученный пакетимпульсов подается через контактыпереключателя 21 на основной входадресного счетчика 4.Предварительно на вход сбора адресного счетчика 4 поступает с выхода дифференцирующей цепи 8 короткий импульс, соответствующий спадуимпульса, поступающего на вход дифференцнрующей цепи 8, приводящийсчетчик 4 в исходное состояние.Число, зафиксированное в,адресномсчетчике 4, пропорциональное длительности ь;, параллельным кодом подается на и-выходовый дешифратор 5 и определяет появление напряжения на соответствующем данному числу 1., выходе дешифратора.Выходи и-выходового дйаифратора5 соединены с первыми входами группыэлементов И 6-.6 , и напряжение на1 выходе дешифратора 5 служит разрешаюшим для 1-го элемента И. На вторые входы элементов И поступает свыхода дифференцирующей цепи 9 короткий импульс, который соответствуетспаду импульса, поступающего на входдифференцирующей цепи 9, и совпадаетс концом временного интервала, подлежащего измерению. Этот короткийимпульс (импульс считывания) проходит на выход элемента И 6; , поскольку только на него подано разрешающеенапряжение. Выходы элементов И 6-бпгруппы соединены со входами счетчиков импульсов 7 -7 , и импульсс выхода элемента Й 6; поступает соответственно на вход счетчика 7импульсов.Таким образом происходит регистрация поступившего импульса соответственно его длительности в одном изи счетчиков импульсов,При этом регистрируется длительность временного интервала междуимпульсом сброса и импульсом считывания. Положение переключателя 21 определяет выбор импульсных последовательностей, служащих командами "Сброс" и "Считывание",При измерении распределения длительностей выбросов (провалов, пересечений) контакт 28 замкнут на контакт 33, а контакт 34 - на контакт 39.При этом с выхода формирователя2 импульсы через элемент 10 задерж, ки и контакты 28 и 33 подаются навход дифференцирующей цепи 8, которая формирует сигнал "Сброс",Эти же импульсы с выхода формирователя 2, но не задержанные, черезконтакты 34 и 39 подаются на входдифференцирующей цепи 9, котораяформирует сигнал "Считывание", Приэтом измеряются длительности всехбез исключения импульсов, заключенных между импульсом "Сброс" и импульсом "Считывание".При измерении распределения длительностей интервалов, содержащихзаданный момент времени, контакт 29замкнут на контакт 33., а контак 35на контакт 39,. При этом на вход дифФеренцирующей цепи 8 подаются импульсы с выхода формирователя 2 черезэлемент 10 задержки и контакты 29и 33, а на вход дифференцирующейцепи 9 - импульсы, сформированныетриггером 14 с раздельным запуском,при этом пуск триггера осуществляется стробирующим импульсом, поступающим на первый вход триггера 14 свыхода селектора 13 импульсов, Стробирующие импульсы Формируются следующим образом. С выхода генератора11 импульсов заполнения импульсыпоступают на первый вход элементаИ 12, на второй вход которого подаются импульсы с выхода формирователя 2.Таким образом, импульсы,длительности которых ранны длительностямвременных интервалов - выбросов (провалов или пересечений), заполняютсякороткими импульсами, и пачки этихимпульсов (фиг, 2 в) с выхода элемента И 12 подаются на вход селектора13 импульсов, на выход которого проходит лишь каждыйК-й короткий импульс (Фиг. 2 г), являющийся стробирующим.Остановка триггера 14 осуществля.ется спадом прямоугольного импульса,поступающего с выхода формирователя2 на второй вход триггера 14, в .который попал стробирующий импульс.С выхода дифференцирующей цепи 9 навходы группы элементов 6 -6 подается короткий импульс считывания) в момент, соответствующий концу интервала, в который попал стробирующийимпульс. При этом измеряются длительность лишь тех временных интервалов,в которые попадают стобирующие импульсы (фиг, 2 д).При измерении распределения длительностей интервалов "Обратное вре мя возвращения" контакт 30 замкнутна контакт 33, а контакт 36 - наконтакт 39, При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются импульсыс формирователя 2, а на вход диффе- О ренцирующей цепи 9 - с выхода селектора 13 импульсов, т.е. стробирующиеимпульсы в данном режиме являются считывающими. При этом измеряется временной интервал от начала выброса 15 (провала или пересечения) до стробирующего импульса (фиг. 2 е).При измерении распределения длительностей интервалов "Прямое время возвращения" контакт 31 замкнут 2 р на контакт 33, а контакт 37 - на контакт 39. При этом на вход дифференцирующей цепи 8 подаются стробирующиеимпульсы с выхода селектора 13 импульсов служащие в этом режиме сбро совыми, а на вход дифференцирующейцепи 9 - импульсы с выхода триггера 14, При этом измеряется временной интервал от стробирующего импульса до конца выброса (провала, З пересечения) (Фиг. 2 ж).По окончании интервала измеренийсчетчик 1-го канала будет показыватьчисло Ь;, общее число импульсов пойвсем каналам;. Оценка плотности 35с=л1 распределения длительностей выбросовопределяется выражениемфИдЬ)= - 8о40Е:ъ;В пятом режиме измерений попарносоединены следующие контакты переключателя 21 г 26 и 27, 32 и 33, 38 и 39.4 устройство при этом работает следующим образом.В этом режиме так же, как и в описанных режимах, формируется сериястробирующих импульсов, которая сни, мается с выхода селектора 13 импульсов. Стробирующий импульс подаетсяна вход триггера 15 и запускает его.Сигнал с выхода триггера через элемент ИЛИ 17 и контакты переключателя26 и 27 поступает на вход адресногосчетчика 4 и записывает в нем число"1". При этом на первом выходе дешифратора 5 появляется разрешающее напряжение, подающее на первый из иэлементов И б,группы.ф На вторые входы и элементов И 6- бп через контакты 38 и 39 и дифференцирующую цепь 9 поступают пачки импульсов с выхода преобразователя 3интервал - число. При подаче на пер вый вход элемента И 6 разрешающегонапряжения, импульсы с выхода преоб. раэователя 3 начинают проходить на выход элемента И б и фиксироваться в счетчике 7 импульсов.Одновременно сигнал с выхода триггера 15 поступает на первый вход элемента и 16 и разрешает прохождение ,импульсов с выхода формирователя 2, которые поступают на второй вход элемента И 16. Импульсы проходят на выход элемента .и 16 и далее через элемент И 17 и контакты 26 и 27 на ф вход адресного счетчика 4Первый импульс, следующий эа стробирующим, запишет в адресном счетчике 4 числоф 2 ф, и соответственно разрешающее напряжение появится на втором выходе .и-выходового дешифратора 5. При этом импульсы с выхода преобразователя 3 начинают поступать через второй иэ и элементов И б на вход второго иэ и счетчиков импульсов 7и так далее: (п)-й импульс, следующий эа стробирующим, поступившим на вход адресного счетчика, запишет в нем число и и разрешит прохождение им, пульсов с выхода преобразователя 3 в счетчик 7 импульсов, и-ый импульс, поступивший на вход адресного счетчика 4, проходит на его дополнительный выход и далее на второй вход триггера с раздельным запуском и через контакты 32 и 33 и дифференцирующую цепь 8 на сбросовый вход адресного счетчика 4, переводя их в ис" ходные состояния, При этом прекращается поступление импульсов на вход адресного счетчика 4. Этот цикл бу.дет повторяться споступлением каждого стообируюшего импульса. При этом число циклов Фиксирует счетчик 20 импульсов. На диаграмме (фиг. 3) приведены следующие серии импульсов: а " импульсы с выхода Формирователя прямоугольных импульсов 2, 6 - пакеты импульсов с выхода преобразователя интервал-число 3, В - стробирующие импульсы, ъ - импульсы с выхода триггера 15 с раздельным запуском, д - 3 - пакеты импульсов,.регистрируемые соответственно первым, вторым, третьим и и-м счетчиками импульсовТаким образом, 1-й из и счетчиков импульсов регистрирует суммарную длительность(1- 1)-х выбросов, следующих эа выбросами, содержащими стробирующие выбросы, а первый из и счетчиков импульсов регистрирует суммарную длительность интервалов "Прямое время возвращения".Общее число выбросов регистрирует счетчик 18 импульсов, подключенный на выход формирователя 2 прямоугольных выбросов, а счетчик 19 импульсов, подключенный на выход преобразователя 3, регистрирует суммарную длительность всех вибросов.По показаниям счетчиков импульсов 7 -7, 18, 19 и 20 можно определить значение х, а, ь;, а при подстановкеих в Формулу (4) после несложных преобразований получимфц; ИЩ где Ь;, - показание счетчика импульсов 7; ;- показание счетчика импульсов 7.,;15 И- показание счетчика импульсов 18- показание счетчика импуль-.сов 19;показание счетчика импуль-. сов 20.Таким образом использование в известном устройстве новых элементов(дополнительного триггера с раздель.- 25 ным запуском, дополнительного элемента И, элемента ИЛИ, трех дополнительных счетчиков импульсов) и наличиеновых связей между элементами позволяет расширить функции известного ЗО устройства.Изобретение, по сравнениЮ с иэвестным устройством, позволяет наряду с измеряемыми известным устройством характеристиками случайных 35 процессов измерить новую - функциюкорреляции длительности импульсов.формула изобретенияУстройство для определения временных характеристик случайных процессов, содержащее переключатель режимаработ, состоящий из трех групп контактов, адресный счетчик, вход сброса которого соединен с выходом первой дифференцирующей цепи, а разрядные выходы через дешифратор подключены к первым входам элементов И 5.группы, выходы которых соединеныс соответствующими счетчиками импульсов, а вторые входы элементов И группы объединены и подключены к выходувторой дифференцирующей цепи, формирователь выбросов, вход которого яв"ляется входом устройства, а выходчерез Формирователь прямоугольных импульсов соединен с входами преобразователя интервал-число, элемента задержки, первыми входаии триггера иэлемента И, второй вход которогоподключен к выходу генератора импульсов заполнения, а выход соединен свходом селектора импульсов, выходкоторого подключен к второму входу 65 триггера, о т л и ча ю щ е е с ятем, что, с целью расширения функци;ональных возможностей за счет измерения функции корреляции длительностейвыбросов, оно содержнт дополнительныйтриггер, дополнительный элемент И,элемеит ИЛИ, дрполнительные счетчики импульсов,. при этом каждая группаконТактов переключателя режима работсостоит из пяти неподвижных и одногоподвижного контактов, выход преобразователя интервалчисло соединенс входом первого дополнительногосчетчика импульсов, с пятым неподвижным контактом третьей группы и с че"тырьмя неподвижными коНтактами пер:вой группы контактов переключателярежима работ, подвижный контакт которой соединен со счетным входомадресного счетчика, выход которогоподключен к второму дополнительномусчетчику импульсов, пятому неподвижному контакту второй группы контактов переключателя режима работ ипервому входу дополнительного триггера, выход которого соединен с первыми входами дополнительного элементаИ и элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу дополнительного элемента И, второй вход которогосоединен с первым входом триггера,второй вход дополнительного триггера подключен к выходу селектора импульсов, к четвертому неподвижномуи третьему неподвижному контактам.соответственно второй и третьей груп"пы контактов переключателя режимаработ, второй и четвертый неподвижные контакты третьей группы контактов переключателя режима работ объеди 5 иены и соединены с выходом триггера,первый подвижный контакт этой группысоединен с входом второй дифференцирующей цепи, а первый неподвижныйконтакт третьей группы контактов объ 10 единен с третьим неподвижным контактом второй группы контактов переключателярежима работ и соединен с входом третьего дополнительного счетчика импульсов и выходом формирователя15 прямоугольных импульсов, первый ивторой неподвижные контакты второйгруппы контактов объединены и подключены к выходу элемента задержки, подвижный контакт второй группы контактов соединен с входом первой дифференцирующей цепи, а пятый неподвижный контакт первой группы контактовпереключателя режима работ подключенк выходу элемента ИЛИ.25 Источники информаци,принятые во внимание при экспертизе1 мирский Г. я. Аппаратурное определение характеристик случайныхпроцессов. М., "Энергия", 1972,с. 413-423.2, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2562813/24,кл. 6 06 Р 15/36, 1978 (прототип).983724 Ьг Р едакт Подлистета Сссррнтийнаб д. 4/5 9927(59 Тираж 731 ВНИИПИ Государственного ком по делам иэобретений и от 113035, Иосква, Ж, Рауюскаака илиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул, Прбектная, 4 Составитель Э. СечинаЛазаренко ТехредЛ.Пекарь Корректор Л. Бокша