SU1057968A1

SU1057968A1 - Device for determining probability distribution of maximal amplitudes of pulse signal

Info

Publication number: SU1057968A1
Application number: SU823404843A
Authority: SU
Inventors: Владимир Иванович Потапкин; Владимир Александрович Раков
Priority date: 1982-03-05
Filing date: 1982-03-05
Publication date: 1983-11-30

Description

Изобретение относитс k специализированным средствам вычислительной техники, предназначенных дл измерени статистических характеристик случайных процессов, и может быть использовано, например, при исследовании возмущений электромагнитного пол Земли, обусловленных разр дами молний. Известно устройство дл определени распределений веро тностей макси мальных амплитуд импульсных сигналов которое содержит последовательно сое диненные одновибратор, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный мод л тор и многоканальный амплитудный анализатор. К одному из входов ампли тудно-импульсного модул тора подключен выход пикового детектора, один из входов которого соединен с выходо формировател импульсов, а другой объединен с входом одновибратора и вл етс входом устройства 1 }. Устройство позвол ет измер ть рас пределение веро тностей максимальных амплитуд сигналов в целом или всех их компонентов. Однако в р де случаев , в частности при исследовании электромагнитных сигналов, генерируемых разр дами молний, необходимо измер ть распределение веро тностей ма(симальных амплитуд только первых компонентов исследуемых сигналов. 1|аиболее близким к предлагаемому вл етс устройство содержащее после довательно соединенные первый и второй одновибраторы, формирователь импульсов, амплитудно-импульсный модул тор и многоканальный амплитудный анализатор. К одному из входов ампли тудно-импульсного модул тора подключен выход пикового детектора, один из входов которого соединен с выходом первого одновибратора, а другой объединен с входом последнего и вл етс входом устройства t2j. Однако динамический диапазон регис .трируемых с помощью устройства амплитуд импульсных сигналов в р де случаев (в частности, при исследовании электромагнитных сигналов, генерйруейых разр дами молнии) оказываетс недостаточным. Это св за.но преж де всего с недостаточностью динамического диапазона амплитуд, восприни маемых многоканальным амплитудным анализатором. Цель изобретени - расширение динамического диапазона анализруемых максимальных амплитуд импульсных сигналов . Указанна цель достигаетс тем, что устройство, содержащее первый одновибратор , вход которого вл етс входом устройства, а выход соединен с входами установки в исходное состо ние первого и второго пиковых детекторов непосредственно, а через последовательно соединенные второй одновибратор и формирователь импульсов с управл ющим входом амплитудно-импульсного модул тора, выход которого подключен к входу амплитудного анализатора , содержит пороговый элемент, ключ, сумматор, ограничитель, амплитуды и делитель напр жени , при этом входы ограничител амплитуды и делител Напр жени объединены и подключены к входу устройства, а их выходы соединены с информационными входами соответственно первого и второго пиковых детекторов, выход первого из которых соединен с первым входом сумматора, выход которого подключен к информационному входу амплитудноимпульсного модул тора, второй вход сумматора соединен с выходом ключа, управл кмций вход которого соединен с выходом порогового элемента, вход которого объединен с информационным входом ключа и соединен с выходом второго пикового детектора. На чертеже представлена структурна схема предлагаемого устройства. Устройство дл определени распределений веро тностей максимальных амплитуд импульсных сигналов содержит первый 1 и второй 2 одновибраторы, формирователь 3 импульсов, амплитудноимпульсный модул тор и амплитудный анализатор 5. Между входом первого одновибратора 1 и информационным входом модул тора k включены делитель 6 напр жени , второй пиковый детектор 7, пороговый элемент 8, ключ 9 и сумматор 10. Между входом первого одновибратора 1 и одним из входом сумматора 10 включены ограничитель 11 амплитуды и первый пиковый детектор 12. выход второго пикового детектора 7 соединен с информационным входом ключа 9- Управл ющие входы ликовых детекторов 7 и 12 объединены и соединены с выходом первого 1 одновибратора , вход которого вл етс входом устройства. Многоканальный амплитудный анализатор 5 имеет N каналов. Устройство работает следующим образом . Если анализируема амплитуда не превышает заданной величины, соответ ствующей К-МУ каналу, сигнал регистрируетс в одном из первых К-каналов анализатора 5- Если анализируема амплитуда превышает величину, соответствующую К-му каналу, сигнал регистрируетс в одном из оставшихс N-K каналов, ширина которых увеличиваетс по сравнению с шириной первых К-каналов, в соответствии с коэффициентом делени делител 6. Это приводит к расширению динамического диапазона анализируемых амплитуд без увеличени числа многоканальных ампл тудных анализаторов.Такой метод расширени динамического диапазона наиболее целесообразн использовать при определении распределений веро тностей типа логарифмически нормального, имеющих малую плотность распределени в области больших значений случайной величины ГЗ . Указанна ситуаци имеет место, в частности, при исследовании возмущений электромагнитного пол Земли, обусловленных разр дами молний. При этом суммарна погрешность измерени в области больших значений исследуемой случайной величины практически полностью определ етс случайной составл ющей , котора зависит от числа отсчетов, приход щихс на один канал . Таким образом, при использовании пре лагаемого устройства происходит такж уменьшение суммарной погрешности измерени вследствие уменьшени ее случайной составл ющей в старших кан лах (на хвосте распределени ). Это св зано с тем, что при увеличении ши рины канала увеличиваетс и число от счетов, приход щихс на один канал. Исследуемый сигнал поступает одно временно на входы первого однозибрат ра 1, ограничител 11 и делител 6. Когда величина сигнала превысит выбранный заранее пороговый уровень, на выходе одновибратора 1 по вл етс пр моугольный импульс, длительность которого равна максимальному времени существовани сигнала. Передним фрон том этого импульса запускаетс второ одновибратор 2, на выходе которого по вл етс пр моугольный импульс, длительность которого равна максимальному времени существовани первого компонента исследуемых сигналов. Если максимальна амплитуда сигнала не превышает заданной величины, соответствующей К-му каналу, ограничитель 11 не оказывает вли ни на прохождение сигнала, а пороговый элемент 8, в качестве которого может быть использован триггер Шмитта, не запускаетс (уровень запуска порогового элемента В соответствует уровню ограничени ограничител 11с уметом коэффициента делени делител 6). В этом случае ключ 9 закрыт и сигнал на входе сумматора, подключенном к выходу ключа 9, отсутствует (равен нулю). Задним фронтом импульса с выхода одновибратора 2 запускаетс формирователь 3 импульсов, который вырабатывает нормализующий импульс, поступающий на управл ющий вход амплитудно-импульсного модул тора , При этом на информационный вход модул тора 4 с выхода пикового детектора 12 через сумматор 10 подаетс квазипосто нное напр жение, величина которого равна максимальной амплитуде сигнала на входе пикового детектора 12. Таким образом, на выходе модул тора k по вл етс импульс с нор-. мализованными параметрами, амплитуда которого равна максимальной амплитуде первого компонента исследуемого сигнала . Этот импульс регистрируетс в одном из первых К каналов амплитудного анализатора 5 в зависимости от амплитуды. Задним фронтом импульса с выхода одновибратора 1 пиковые детекторы 7 и 12 возвращаютс в исходное состо ние. Если максимальна амплитуда исследуемого сигнала больше заданной величины , соответствующей К-му каналу, максимальна амплитуда сигнала на выходе ограничител 11 равна этой величине , и на первый вход сумматора 10, подключенный к выходу пикового детектора 12 поступает квазипосто нное напр жение, величина которого соответствует К-му каналу. В этом случае величина сигнала на выходе пикового детектора 7 превышает заданную величину, соответствующую К-му каналу, умноженную на коэффициент делени делител 6. Это приводит к запуску порогового элемента 8, который выдает разрешающий импульс на управл ющий вход ключа 9- Ключ 9 открываетс и квазипосто нное напр жение , величина которого равна максимальной амплитуде исследуемого сигнала , умноженной на коэффициент делени делител 6, с выхода пикового детектора 7 поступает на второй вход сумматора 10. Суммарный сигнал, величина которого обеспечивает регистрацию в одном из последних М-К каналов анализатора 5. с выхода сумматора 10 по ступает на информационный вход модул тора , В остальном работа уст1эойства аналогична работе, описанной дл случа , когда максимальна амплитуда исследуемого сигнала не превышает заданной вех1ичй ш, соответствующей К-му каналу анализатора 5. Используемый нами многоканальный амплитудный анализатор 5 воспринимает сигналы, амплитуды которых наход тс в диапазоне от 0,2 до 1бВ (динамический диапазон около 36 дб).The invention relates to specialized computer facilities for measuring the statistical characteristics of random processes, and can be used, for example, in the study of disturbances in the Earth’s electromagnetic field due to lightning discharges. A device is known for determining the probability distributions of the maximum amplitudes of the pulse signals, which contain successively connected single vibrator, pulse shaper, pulse amplitude modulator and multichannel amplitude analyzer. The output of the peak detector is connected to one of the inputs of the pulse-amplitude modulator, one of the inputs of which is connected to the output of the pulse shaper, and the other is connected to the input of the one-oscillator and is the input of the device 1}. The device makes it possible to measure the distribution of the probabilities of the maximum amplitudes of the signals as a whole or of all their components. However, in a number of cases, in particular, in the study of electromagnetic signals generated by lightning discharges, it is necessary to measure the probability distribution m (the maximum amplitudes of only the first components of the signals under study. 1) the device containing sequentially connected first and second one-shot, pulse shaper, amplitude-pulse modulator and multichannel amplitude analyzer. The output of the peak de-energizer is connected to one of the inputs of the amplitude-pulse modulator. vector, one of the inputs of which is connected to the output of the first one-shot, and the other is combined with the input of the last one and is the input of the device t2j. However, the dynamic range of the pulse amplitudes detected by the device in particular cases (in the study of electromagnetic signals, lightning discharges are insufficient, this is primarily due to the insufficient dynamic range of amplitudes perceived by the multichannel amplitude analyzer. The purpose of the invention is to expand the dynamic range of the analyzed maximum amplitudes of the pulse signals. This goal is achieved by the fact that the device containing the first one-shot, whose input is the input of the device, and the output is connected to the installation inputs of the initial state of the first and second peak detectors directly, and through the serially connected second one-shot and pulse shaper to the control input is amplitude -pulse modulator, the output of which is connected to the input of an amplitude analyzer, contains a threshold element, a key, an adder, a limiter, amplitudes and a voltage divider, while The amplitude limiter and voltage divider odes are combined and connected to the device input, and their outputs are connected to the information inputs of the first and second peak detectors, respectively, the output of the first of which is connected to the first input of the adder, the output of which is connected to the information input of the amplitude-pulse modulator, the second input the adder is connected to the output of the key, the control of which input is connected to the output of the threshold element, the input of which is combined with the information input of the key and connected to the output of the second peak detector. The drawing shows a block diagram of the proposed device. The device for determining the probability distributions of the maximum amplitudes of the pulse signals contains the first 1 and second 2 one-vibrators, the shaper of 3 pulses, the amplitude-pulse modulator and the amplitude analyzer 5. Between the input of the first one-vibrator 1 and the information input of the modulator k the voltage divider 6 is turned on, the second peak detector 7, the threshold element 8, the key 9 and the adder 10. Between the input of the first one-shot 1 and one of the input of the adder 10 an amplitude limiter 11 and the first peak detector 12 are turned on. 12. output is the second of the peak detector 7 is connected to an information input key 9- The control inputs of the faces of the detectors 7 and 12 are combined and connected to one output of the first monostable multivibrator whose input is an input device. Multichannel amplitude analyzer 5 has N channels. The device works as follows. If the analyzed amplitude does not exceed a predetermined value corresponding to the K-MU channel, the signal is recorded in one of the first K-channels of the analyzer 5. If the analyzed amplitude exceeds the value corresponding to the K-th channel, the signal is recorded in one of the remaining NK channels, the width of which is increases in comparison with the width of the first K-channels, in accordance with the division factor of divider 6. This leads to an expansion of the dynamic range of the amplitudes being analyzed without increasing the number of multichannel amplitude analyzes This method of expanding the dynamic range is most advisable to use when determining probability distributions of the type of logarithmically normal, having a small distribution density in the region of large values of a random variable GZ. This situation takes place, in particular, in the study of disturbances of the electromagnetic field of the Earth caused by lightning discharges. At the same time, the total measurement error in the region of large values of the random variable under investigation is almost completely determined by the random component, which depends on the number of samples per channel. Thus, when using the proposed device, there is also a decrease in the total measurement error due to a decrease in its random component in the upper channels (at the tail of the distribution). This is due to the fact that as the channel width increases, the number of bills per channel also increases. The signal under study arrives simultaneously at the inputs of the first one-vibrator 1, limiter 11 and divider 6. When the signal exceeds the pre-selected threshold level, the output of the one-vibrator 1 is a rectangular pulse whose duration is equal to the maximum time of the signal. The leading edge of this pulse is triggered by a second one-shot 2, at the output of which a rectangular pulse appears, the duration of which is equal to the maximum lifetime of the first component of the signals under study. If the maximum signal amplitude does not exceed a predetermined value corresponding to the K-th channel, the limiter 11 does not affect the signal flow, and the threshold element 8, for which the Schmitt trigger can be used, does not start (the trigger level of the threshold element B corresponds to the level of limiter 11c divider partition divider 6). In this case, the key 9 is closed and the signal at the input of the adder connected to the output of the key 9 is missing (equal to zero). The back edge of the pulse from the output of the single vibrator 2 starts the pulse shaper 3, which produces a normalizing pulse, which arrives at the control input of the amplitude-pulse modulator. At the same time, the information input of the modulator 4 from the output of the peak detector 12 is fed through the adder 10 to a quasi-constant voltage, the magnitude of which is equal to the maximum amplitude of the signal at the input of the peak detector 12. Thus, at the output of the modulator k, an impulse with norm- appears. malized parameters, the amplitude of which is equal to the maximum amplitude of the first component of the signal under study. This pulse is recorded in one of the first K channels of the amplitude analyzer 5, depending on the amplitude. The back edge of the pulse from the output of the one-shot 1 peak detectors 7 and 12 is returned to the initial state. If the maximum amplitude of the signal under study is greater than a specified value corresponding to the Kth channel, the maximum amplitude of the signal at the output of the limiter 11 is equal to this value, and the first input of the adder 10 connected to the output of the peak detector 12 receives a quasi-constant voltage th channel. In this case, the magnitude of the signal at the output of the peak detector 7 exceeds a predetermined value corresponding to the Kth channel multiplied by the division factor of divider 6. This triggers the triggering of the threshold element 8, which gives an enabling pulse to the control input of the switch 9- Key 9 opens and the quasi-constant voltage, the value of which is equal to the maximum amplitude of the signal under study, multiplied by the division factor of the divider 6, from the output of the peak detector 7 is fed to the second input of the adder 10. The total signal, the value of It provides registration in one of the last M-K channels of the analyzer 5. From the output of the adder 10 goes to the information input of the modulator. to the analyzer channel 5. The multichannel amplitude analyzer 5 used by us perceives signals whose amplitudes are in the range from 0.2 to 1BB (dynamic range is about 36 dB).

Пусть заданна величина напр жени соответствуюи а К-му каналу анализатора 5, равна 5В, а коэффициент делени делител 6 ревем О,о4. Ширина последних М-К каналов в этом случае равна ширине первых К каналов, поделенной на 0,0, Величина максимальной амплитуды сигнала иа в ходе устройства, соответствЬ оща (последнему) каналу анализатора 5, равна 5 + ь (10-5)/0,0« / 1308.Let the given voltage value corresponding to the K-th channel of the analyzer 5 be equal to 5V, and the division factor of the divider 6 roar O, o4. The width of the last M-K channels in this case is equal to the width of the first K channels divided by 0.0. The maximum amplitude of the signal and during the device, corresponding to the last (last) channel of the analyzer 5, is 5 + b (10-5) / 0 , 0 "/ 1308.

Таким образом, в рассмотренном примере динамический диапазон расшир етс до 56 дб.Thus, in the considered example, the dynamic range is expanded to 56 dB.

Если максимальна амплитуда исследуемого сигнала не превышает 5В, амплитуда нормализованного импульса на выходе модул тора 4 равна этой максимальной амплитуде. Если максимальна амплитуда сигнала больше 5В, амплитуда импульса на выходе модул тора k равна 5В плюс величина этбй максимальной амплитуды, умноженна на Q,0kIf the maximum amplitude of the signal under study does not exceed 5 V, the amplitude of the normalized pulse at the output of modulator 4 is equal to this maximum amplitude. If the maximum amplitude of the signal is greater than 5V, the amplitude of the pulse at the output of the modulator k is 5V plus the magnitude of this maximum amplitude multiplied by Q, 0k

Предлагаемое изобретение позвол ет существенно расширить динамический диапазон анализируемых максимальных амплитуд импульсных сигналов .по сравнению с прототипом без увеличени числа многоканальных амплитудных анализаторов . .The present invention allows to significantly expand the dynamic range of the analyzed maximum amplitudes of the pulse signals compared to the prototype without increasing the number of multi-channel amplitude analyzers. .

Расширение динамического диапазона анализируемых амплитуд необходимо при проведении исследований в самых различных област х, в частности при изучении возмущений электромагнитного пол Земли, обусловленных разр дами молний.Expansion of the dynamic range of the analyzed amplitudes is necessary when conducting research in a wide variety of areas, in particular, when studying disturbances of the electromagnetic field of the Earth caused by lightning discharges.

Распределени веро тностей максимальных амплитуд электромагнитных сигналов, генерируемых разр дами нолНИИ , отражают соогветстбующие распределени дл токов молний, которые необходимы дл расчетов молниезащ1 ты . раз личных ъектов.The probability distributions of the maximum amplitudes of the electromagnetic signals generated by the zero-discharge bits reflect the corresponding distributions for lightning currents, which are necessary for lightning calculations. times of personal objects.

Claims

DEVICE FOR DETERMINING PROBABILITY PROBABILITIES OF MAXIMUM PULSE SIGNAL AMPLITUDES, containing the first one-shot vibrator, the input of which is the input of the device, and the output is connected to the setup inputs of the first and second peak detectors, the second one-shot pulse generator and pulse shaper are direct-coupled to the pulse-shaping pulse generator - with a control pulse generator the output of which is connected to the input of the amplitude analyzer, characterized in that, In order to expand the dynamic range of the analyzed amplitude e, it contains a threshold element, a key, an adder, an amplitude limiter and a voltage divider, while the inputs of the amplitude limiter and voltage tag are combined and connected to the input of the device, and their outputs are connected to the information inputs of the first and second peak detectors, the output of the first of which is connected with the first input of the adder, the output of which is connected to the information. the amplitude-pulse modulator input, the second adder input is connected to the key output, the control input of which is connected to the output of the threshold element, the input of which is combined with the key information input and connected to the output of the second peak price, and through the series is connected in series. ''

1 1057968 2