SU1109768A1

SU1109768A1 - Device for determining shape of random signal

Info

Publication number: SU1109768A1
Application number: SU833575372A
Authority: SU
Inventors: Александр Федорович Гришков; Станислав Петрович Рыбинский; Анатолий Васильевич Маргелов
Original assignee: Предприятие П/Я А-3565
Priority date: 1983-04-07
Filing date: 1983-04-07
Publication date: 1984-08-23

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОРМЫ СЛУЧАЙНОГО СИГНАЛА, содержащее . линейный двухполупериодный детектор, вход которого вл етс входом устройства , первый усредн ющий фильтр, второй усредн ющий фильтр и элемент НЕ, отличающеес тем, что, с целью повышени точности, в него введены ключ, первый коммутатор второй кйммутатор, квадратор, генерат .ор пилообразного напр жени , схема сравнени и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соединен с информационным входом ключа, управл ющий вход которого подключен к выходу схемы сравнени , выход ключа через первый усредн ющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с входом линейного двухполупериодного детектора, управл ющий вход первого коммутатора объединен с уп (Л равл ющим входом второго коммутатора с и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход первого коммутатора через квадратор подключен к входу элемента НЕ и первому информационному входу второго коммутатора, второй информационньй вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредн ющий фильтр-Подключен к первосо му входу схемы сравнени , второй вход которой подключен к выходу генератора пилообразного напр жени . а 00DEVICE FOR DETERMINING THE FORM OF A RANDOM SIGNAL, containing. linear full-wave detector, whose input is the input of the device, the first averaging filter, the second averaging filter and the element NOT, characterized in that, in order to improve the accuracy, a key, the first switch, the second emitter, quad, oscillator or voltage, comparison circuit and clock generator, the output of the linear full-wave detector connected to the information input of the key, the control input of which is connected to the output of the comparison circuit, the output of the key through the first device A single filter is connected to the first information input of the first switch, the second information input of which is connected to the input of a linear full-wave detector, the control input of the first switch is combined with a pack (L equal input of the second switch c and connected to the output of the clock generator, the output of the first switch through the quadrant is connected to the input of the element NOT and the first information input of the second switch, the second information input of which is connected to the output of the element NOT, the output of the second comm Tatorey through the second averaging filter yuschy Connected to pervoso mu entry comparing circuit, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator. a 00

Description

, ,

Изобретение относитс к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено дл определени статистических характеристик случайных процессов представленных в аналоговой, форме.The invention relates to specialized computer hardware and is intended to determine the statistical characteristics of random processes represented in analog form.

Известно устройство дл определени коэффициента формы случайного сигнала, содержащее последовательно соединенные квадратор, первый усредн ющий фильтр, блок извлечени квадратного корн , выход которого подключен к первому входу блока делени , последовательно соединенные линейный двухполупериодный детектор, второй усредн ющий фильтр, выход которого подключен к второму входу блока делени СП.A device for determining the shape of a random signal comprising a quadrant connected in series, a first averaging filter, a square root extraction unit whose output is connected to the first input of a division unit, a linear full-wave detector connected in series, a second averaging filter whose output is connected to the second input block division SP.

Однако устройство характеризуетс сложностью реализации и низкой точностью за счет наличи больших аппаратурных погрешностей при определении веро тностных характеристик, так как оно построено по разомкнутой схеме и поэтому в ее составе необходимо использовать дорогосто щие прецизионные элементы.However, the device is characterized by complexity and low accuracy due to the presence of large instrumental errors in determining the probability characteristics, since it is built in an open circuit and therefore it is necessary to use expensive precision elements in its composition.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс устройство дл определени формы случайного сигнала, содержащее последовательно соединенные линейный двухполупериодный детектор, вхоД которого вл етс входом устройства, первый усредн ющий фильтр и линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усилени , инвертор, два сумматора, вторые входы которых подключены к входу устройства, выход линейного усилител с регулируемым коэффигдаентом усилени подключен к первому входу первого сумматора непосредственно , а к первому входу второго сумматора - через инвертор, последовательно соединенные блок умножени , второй усредн ющий фильтр и усилитель напр жени , выход которого подключен к управл ющему входу линейного усилител с регулируемым коэффициентом усилени , входы блоков умножени подключены к выходам сумматоров С21.The closest to the invention in its technical essence is a device for determining the shape of a random signal containing a series-connected linear full-wave detector whose input is the input of the device, the first averaging filter and a linear amplifier with adjustable gain, an inverter, two adders, the second inputs of which connected to the input of the device, the output of the linear amplifier with an adjustable gain factor is connected to the first input of the first adder, and to the first The second input of the adder is through an inverter, a multiply unit connected in series, a second averaging filter and a voltage amplifier, the output of which is connected to the control input of a linear amplifier with adjustable gain, the inputs of the multiplication units are connected to the outputs of the adders C21.

Известное устройство позвол ет повысить точность измерени коэффициентов формы случайного сигнала. Однако и ,оно имеет недостаточную точность , и сложно в изготовлении, так как содержит в своем составе конст097682The known device makes it possible to increase the accuracy of measuring the waveform coefficients of a random signal. However, and it has a lack of accuracy, and difficult to manufacture, as it contains in its composition konst097682

структивно сложный блок умножени DJ и два сумматора, собранных на операционных усилител х, которые должны иметь идентичные характеристики, 5 и невыполнение этого требовани ведет к снижению точности устройства. Кроме того, накопленна аппаратурна погрешность на выходе блока умножени второго блока усреднени 10 и усилител напр жени за счет дрей фа его усилителей, температурной нестабильности и т.д. приводит к снижению точности установки коэффициента усилени линейного усилител 15 с регулируемым коэффициентом усилени , а тем самым к снижению точности измерени коэффициента формы случайного сигнала.A structurally complex DJ multiplication unit and two adders assembled on operational amplifiers, which must have identical characteristics, 5 and failure to comply with this requirement leads to a decrease in the accuracy of the device. In addition, the accumulated instrumental error at the output of the multiplication unit of the second averaging unit 10 and the voltage amplifier due to the drift of its amplifiers, temperature instability, etc. leads to a decrease in the accuracy of the gain setting of the linear amplifier 15 with an adjustable gain factor, and thereby to a decrease in the accuracy of measurement of the shape of the random signal.

Цель изобретени - повБшюние точ20 ности измерени .The purpose of the invention is measuring accuracy.

Указанна цель достигаетс тем, что в устройство дл определени формы случайного сигнала, содержащее линейный двухполупериодньй детектор,.This goal is achieved in that a device for determining the shape of a random signal containing a linear full-wave detector.

25 вход которого- вл етс входом устройства , первый усредн ющий фильтр, второй усредн ющий фильтр и элемент НЕ, введены ключ, первый коммутатор, второй коммутатор, квадратор, гене0 ратор пилообразного напр жени , схема сра внени и генератор тактовых импульсов, причем выход линейного двухполупериодного детектора соеди . иен с информационным входом ключа, управл ющий вход которого подключен к выходу схемь сравнени , выход ;ключа через первый усредн ющий фильтр соединен с первым информационным входом первого коммутатора, второй информационный вход которого соединен с входом линейного двухполупериодного детектора;, управл ющий вход первого коммутатора объединен с управл ющим входом второго коммутатора и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выход коммутатора через квадратор подключен к входу элемента НЕ и первому информационному входу второго коммутатора, второй информаци0 онный вход которого подключен к выходу элемента НЕ, выход второго коммутатора через второй усредн ющий фильтр подключен к первому входу схемы сравнени , второй вход которойThe 25 input of which is the input of the device, the first averaging filter, the second averaging filter and the NOT element, the key, the first switch, the second switch, the quad, the sawtooth generator, the clock circuit and the clock generator, and the linear output full-wave detector yen with the information input of the key, the control input of which is connected to the output of the comparison circuit, the output; the key is connected via the first averaging filter to the first information input of the first switch, the second information input of which is connected to the input of the linear full-wave detector ;, the control input of the first switch is combined with the control input of the second switch and connected to the output of the clock, the switch output through the quad is connected to the input of the element NOT and the first information input the second switch, the second information input of which is connected to the output of the NOT element, the output of the second switch through the second averaging filter is connected to the first input of the comparison circuit, the second input of which

5 подключен к выходу генератора пилообразного напр жени .5 is connected to the output of the sawtooth generator.

На чертеже представлена структурна схема предлагаемого устройства дл определени формы случайного сигнала. Устройство содержит линейный двухполупериодный детектор 1, вход которого вл етс входом устройства ключ 2, первый усредн ющий фильтр 3 первый коммутатор 4, квадратор 5, элемент НЕ 6, второй коммутатор 7, второй усредн ющий фильтр 8, схему 9 сравнени , генератор 10 пилообразного напр жени и генератор 11 тактовых импульсов, выход которого подключен к управл ющим входам комм таторов 4 и 7, вход устройства подключен к соответствующему информационному входу Коммутатора 4, а выход линейного двухполупериодного детектора 1 через последовательно соединенные ключ 2 и усредн ющий фильтр 3 подключен к другому информационному входу коммутатора 4, вход квадратора 5 под|слючен к выхо ,ду коммутатора 4, а выход непосредственно и через элемент НЕ 6 подклю чен соответственно к первому и второму информационным входам второго коммутатора 7, выход которого подключен к входу усредн ющего фильтра 8, первый и второй входы схемы 9 сравнени подключены соответственно к выходам генератора 10 пилообразного напр жени и усредн ющего фильтра 8, а выход - к управл ющему входу ключа 2. Устройство работает следующим образом. Исследуемый центрированный случа ный сигнал (. поступает на вход линейного двухполупериодного детектора 1 и первый информационньй вход первого коммутатора 4. Коммутаторы 4 и 7 наход тс в соответствующем положений (см. чертеж), а ключ 2 замкнут. При этом центрированный случайный сигнал х (f) , пройд на выход коммутатора 4 с его соответствующего информационного входа., по ступает на вход квадратора 5. На выходе тсвадратора 5 образуетс сигнал и 01. (-t , где оС - коэффициент преобразовани квадратора 5, который, пройд , на выход коммутатор 4 с соответствующего информационног когдаутатора входа, поступает на вход усредн ющего фильтра 8. На выходе усредн ющего фильтра 3 образуетс йигнал . ).)Ms9ttx(-t-i)ott. де п t-tl - коммутационна функци ключа 2, равна А во врем tr замкнутого ключа, и А во врем (T-t) открытого ключа (здесь Т период следовани импульсов схемы 9 сравнени ); С - врем задержки усредн ющего фильтра 3; h (t) - импульсна переходна характеристика усредн ющего фильтра 3; Mnx(-t-t) - функди -сигнатура переменной Ui2., показывающа , что переменна U измен ет свои значени только в дискретной последовательности от 1У. При нахождении коммутаторов 4 и 7 в противоположном положении сигйал , 2. , пройд на выход коммутатора 4с его другого информационного входа, доступает на вход квадратора 5. На выходе квадратора 5 в этом положении коммутаторов 4 и 7 образуетс сигнал УЗ -ochC-iy ictb (i-t) (i-t)ctt о i который, пройд через элемент НЕ 6 и коммутатор 7, поступает на вход. усредн ющего фильтра 8 с знаком Минус, т.е. на входе усредн ющего фильтра 8 в этот момент имеем сигнал . и -otLv foj et x (i-t) X (t-t) Генератор 11 тактовых импульсов, управл коммутаторами 4 и.7, позвол ет получить на входе усредн ющего фильтра 8 переменнь й сигнал, имеющкй форму меандра, амплитуда положительных импульсов которого рав на и , а отрицательных (Ji, . На выходе усредн ющего фильтра 8 формируетс сигнал пропорциональный оценке математического ожидани этого переменного сигнала,, который поступает на второй вход схемы 9 сравнени , на первьш вход которого поступает периодический пилообразный сигнал с выхода генератора 10 пилообразного напр жени . Схема 9 сравнени осуществл ет сравнение периодического пилообразного сигнала с сигналом , поступающим с выхода усредн кщего фильтра. При равенстве сигналов 9 сравнени переходит из одного устойчивого состо ни в противоположное, т.е. на ее выходе формируетс периодическа последовательность импульсов, у которых Г пропорциональна оценке математическо го ожидани :M(oix(-t)-otrna))s9(t-f) о. имеющей место на выходе усредн ющего фильтра 8. Периодическа последовательность импульсов со схемы 9 сравн ни поступает на управл ющий вход кл ча 2. В установившемс режиме относи тельна длительность импульсов схемы 9 сравнени вл етс оценкой математического ожидани сигнала (i)/Jft:Kft-t)g 3nxft-t)dtT или :o(.(t){i-t sgnxa-t)ch:f}. При этом оценкой коэффициента формы случайного сигнала ;(Й вл етс относительна длительность импульсов схемы 9 сравнени , измер ема блоком регистрации т.е.; имеем MlifC-tysgn ХШ Результатат измерени licp может быть получен как в аналоговой форме в виде электрического сигнала, так и в цифровой форме. Точность устройства обеспечиваетс за счет применени компенсационного метода измерени оценки математического ожидани и может быть определена с высокой точностью. Кроме того, точность оценки математического ожидани на выходе усредн ющего фильтра 8 в предлагаемом устройстве не зависит от вносимой погрешности нелинейных элементов (квадратором. блоком умножени ), а в известном зависит и, в основном,определ етс его точностью. Экспериментальна , сравнительна оценка точности предлагаемого и известного устройств проводилась на аналоговой вычислительной машине АВМ МН-18М. В результате моделировани получены результаты,показывающие , что точность предлагаемого устройства на три пор дка вьше, чем известного . Кроме того, при выполнении устройства в аналоговой форме упрощаетс конструкци устройства, так как отпадает необходимость в высокоточных усилител х, имеющих малый уровень дрейфа, а квадратор может иметь любые неравные нулю амплитудно-частотные характеристики, а при выполнении устройства в цифровой форме значительно упрощаетс реализаци нелинейного элемента (квадратора , блока умножени ). За упрощени конструкции предлагаемого устройства, как показывают расчеты, наработка на отказ увеличиваетс на 40%. Реализаци предлагаемого устройства не представл ет, технических трудностей. В качестве генератора тактовых импульсов может быть использован автоколебательный мультивибратор, коммутаторы и электронный ключ могут быть реализованы на полевых транзисторах С41, квадратор может быть peaизован методом кусочно-линейной аппроксимации с помощью диодов или стабилитронов t3j и t47 , генераторы пилообразного напр жени - на операионном усилителе или транзисторахЧ 4л, усредн ющие фильтры - на операцинном усилителе С41. Технико-экономическа эффективость предлагаемого устройства залючаетс в высокой точности, надежости и простоте реализации. The drawing shows a block diagram of the proposed device for determining the shape of a random signal. The device contains a linear full-wave detector 1, the input of which is the input of the device key 2, the first averaging filter 3 the first switch 4, the quad 5, the element NOT 6, the second switch 7, the second averaging filter 8, the comparison circuit 9, the generator 10 sawtooth 11 clock pulses, the output of which is connected to the control inputs of switches 4 and 7, the input of the device connected to the corresponding information input of Switch 4, and the output of the linear full-wave detector 1 through a series the dongle 2 and the averaging filter 3 are connected to another information input of switch 4, the input of quad 5 is connected to the output, switch 4, and the output directly and through the NOT element 6 is connected respectively to the first and second information inputs of the second switch 7, the output of which is connected to the input of the averaging filter 8, the first and second inputs of the comparison circuit 9 are connected respectively to the outputs of the sawtooth generator 10 and the averaging filter 8, and the output to the control input of the key 2. The device operates next blowing way. The investigated centered random signal (. Is fed to the input of the linear full-wave detector 1 and the first information input of the first switch 4. The switches 4 and 7 are in the corresponding positions (see drawing), and the key 2 is closed. The centered random signal x (f ), passed to the output of the switch 4 from its corresponding information input., comes to the input of the quadrant 5. At the output of three quadrant 5, a signal is generated and 01. (-t, where оС is the conversion factor of the quad 5, which passed to the output of switch 4 according to stvuyuschego informatsionnog kogdautatora input, is input to averaging filter 8. The output of averaging filter 3 is formed yignal.).) Ms9ttx (-t-i) ott. de p t-tl is the switching function of key 2, equal to A at the time tr of the closed key, and A during the (T-t) public key (here T is the pulse period of the comparison circuit 9); С - delay time of averaging filter 3; h (t) is the pulse transition characteristic of the averaging filter 3; The Mnx (-t-t) function of the variable Ui2., Indicating that the variable U changes its values only in a discrete sequence from IV. When switches 4 and 7 are in the opposite position, sigal, 2., passing to the output of switch 4c of its other information input, accesses the input of quadrant 5. At the output of quadrant 5, in this position of switches 4 and 7, an ultrasonic signal -ochC-iy ictb is generated ( it) (it) ctt o i which, having passed through the element NOT 6 and the switch 7, goes to the input. averaging filter 8 with a minus sign, i.e. at the input of the averaging filter 8 at this moment we have a signal. and -otLv foj et x (it) X (tt) The generator of 11 clock pulses, controlled by switches 4 and 7, allows to receive at the input of the averaging filter 8 a variable signal having the shape of a meander, the amplitude of the positive pulses is equal to and and negative (Ji. The output of the averaging filter 8 generates a signal proportional to the estimate of the expectation of this variable signal, which is fed to the second input of the comparison circuit 9, at the first input of which a periodic sawtooth signal is output from the generator 10 sawtooth The comparison circuit 9 compares a periodic sawtooth signal with a signal coming from the output of the averaging filter. When the comparison signals 9 are equal, the transition changes from one steady state to the opposite, i.e. a periodic sequence of pulses is formed at which output proportional to the mathematical expectation estimate: M (oix (-t) -otrna)) s9 (tf) o. at the output of the averaging filter 8. The periodic sequence of pulses from the comparison circuit 9 arrives at the control input of key 2. In the steady state, the relative pulse duration of the comparison circuit 9 is an estimate of the mathematical expectation of the signal (i) / Jft: Kft- t) g 3nxft-t) dtT or: o (. (t) {it sgnxa-t) ch: f}. In this case, an estimate of the random waveform ratio; (TH is the relative pulse duration of the comparison circuit 9 measured by the registration unit i.e. we have MlifC-tysgn XIII The result of the licp measurement can be obtained both in analog form as an electrical signal and In digital form. The accuracy of the device is ensured by the use of a compensation method for measuring the estimate of a mathematical expectation and can be determined with high accuracy. In addition, the accuracy of the estimate of the mathematical expectation at the output of averaging phi In the proposed device, ltra 8 does not depend on the introduced error of nonlinear elements (quadrant. multiplication unit), but depends on the known and is mainly determined by its accuracy. An experimental, comparative assessment of the accuracy of the proposed and known devices was carried out on an analog AVM MH- 18 M. As a result of the simulation, results were obtained showing that the accuracy of the proposed device is three orders of magnitude better than the known one. In addition, when the device is executed in analog form, the design of the device is simplified, since there is no need for high-precision amplifiers with a low drift level, and the quad can have any unequal amplitude-frequency characteristics, and when the device is executed in digital form, the implementation of nonlinear element (quad, block multiplication). To simplify the design of the proposed device, calculations show that the mean time to failure increases by 40%. The implementation of the proposed device does not present technical difficulties. As a clock pulse generator, a self-oscillating multivibrator can be used, switches and an electronic key can be implemented on C41 field-effect transistors, a quadr can be regenerated using a piecewise linear approximation using diodes or zener diodes t3j and t47 oscillators - on an operational amplifier or transistors 4ch, averaging filters on operational amplifier C41. The technical and economic efficiency of the proposed device lies in the high accuracy, reliability and ease of implementation.

Claims

DEVICE FOR'DETERMINING THE FORM OF THE RANDOM SIGNAL, containing. a linear half-wave detector, the input of which is the input of the device, the first averaging filter, the second averaging filter and the element NOT, characterized in that, in order to improve accuracy, a key, a first switch, a second switch, a quadrator, a sawtooth generator, a comparison circuit are introduced into it And a clock pulse generator, the output of a linear half-wave detector connected to the information input of the key, the control input of which is connected to the output of the comparison circuit, the output of the key through the first averaging The first filter is connected to the first information input of the first switch, the second information input of which is connected to the input of the linear half-wave detector, the control input of the first switch is combined with the control input of the second switch and connected to the output of the clock generator, the output of the first switch through the quadrator is connected to the input of the element NOT and the first information input of the second switch, the second information input of which is connected to the output of the element NOT, the output of the second switch through the second th averaging filter Connected to the first input of the comparison circuit, the second input of which is connected to the output of the sawtooth generator.

ω s

11091 £ 8_ ί 1109768 1