SU1354219A1 - Анализатор длительностей выбросов случайных процессов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может использоватьс  дл  определени  плотности распределени  длительностей выбросов стационарных случайных процессов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений и расширение час- тотн-ого диапазона за счет адаптации 1 xitl к средней длительности выбросов. Анализатор содержит пороговый элемент 1, формирователь 2 импульсов, элементы ИЗ, 5, генератор 4 тактовых импульсов , счетчик 6 средней длительности выбросов, делитель 7 частоты, формирователь 8 импульсов времени индикации , триггер 9, счетчик 10 адреса, дешифратор 11, группу 12 элементов И, группу 13 счетчиков, элементы 14 индикации группы, счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета. Анализатор позвол ет в отсутствие предварительной информации о статических свойствах случайного процесса автоматически выбирать минимально необходимое врем  анализа и оптимальную ширину дифференциального коридора , обеспечивающие заданную допустимую статическую и аппаратурную погрешности измерений. 1 ил. (Л г со ел 4

Description

1

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может использоватс , в частности, дл  экспериментального определени  плотности распределени  длительностей выбросов стационарных эргодических случайных процессов .

Цель изобретени  - повьпдение точности измерений и расширение частот ного диапазона за счет адаптации анализатора к средней длительности выбросов.

На чертеже представлена функциональна  схема анализатора длительно тей выбросов случайных процессов.

Анализатор содержит пороговый элмент 1, формирователь 2 импульсов, первый элемент И 3, генератор 4 тактовых импульсов, второй элемент И 5 счетчик 6 средней длительности выбрсов , делитель 7 частоты, формирователь 8 импульсов времени индикации, триггер 9, счетчик 10 адреса, дешифратор 11, элементы И 12 группы сче чики 13 группы, элементы 14 индикации группы, счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета.

Предлагаемый анализатор строитс  по адаптивному принципу. В услови х априорной неопределенности временны и частотных характеристик исследуемго сигнала, в анализаторе осуществл етс  оптимизаци  его параметров в соответствии со статистическими свойствами реализации процесса.

Врем  измерений устанавливаетс  автоматически обратно пропорционально ширине полосы частот процесса;, причем небольша  часть этого времен отводитс  на предварительную оценку средней дл1 тельности выбросов за уровень анализа, а оставша с  больша  часть времени затрачиваетс  на измерение плотности распределени  длительности выбросов с заданной тоностью при оптимальных врем частот- ных параметрах анализатора.

Измерени  в анализаторе заканчиваютс  в момент накоплени  заданного числа Е выбросов за уровень анализа, чем достигаетс  посто нство максимальной среднеквадратичной статистической погрешности 5ц Q|(Jё ,

(где 1 - число каналов измерител ) и независимость от уровн  анализа за счет посто нства объема статистики .

2

Автоматический выбор по результатам адаптации ширины дифференциального коридора, пропорциональной средней длительности выбросов, позвол ет расширить частотный диапазон исследуемых процессов без снижени  требуемой точности и без увеличени  числа каналов анализатора распределени  длительности выбросов.

В процессе адаптации определ етс  дл  делител  с переменным коэффициентом делени , управл емого кодом, оптимальный коэффициент делени  п„ частоты генератора счетных импульсов

f

задающего минимальный интерм кс

вал Т„„„ , временной дискретизации . Преобразование длительности выброса в код происходит путем подсчета количества импульсов частоты ff, fucn/rij.,, , прошедших за врем  существова 1и  выброса. Выбор , где - оценка средней длительности выбросов по результатам адаптации, позвол ет обеспечить оптимальный интервал временной дискретизации (дифференциальный коридор)

i -- п Т ,

- 1

пр мопроо

5

0

5

0

5

порциональный средней длительности выброса (С KI const) .

Адаптаци  к средней длительности выбросов заканчиваетс  автоматически за врем  Т, соответствующее накоплению N выбросов процесса над данным

Т N

уровнем анализа. Выбор -т ;; 1

1 Ь

обеспечивает посто нную и небольшую долю времени на адаптацию Т по отношению к общему времени анализа Т. Выбор N и Е осуществл етс  из компромиссных соображений таким образом, чтобы максимальные статистические погрешности адаптации 1/-|17 и измерений плотности распределени 

J1/E 1-канальным анализатором оставались допустимыми при приемлемом значении времени анализа Т.

Такой компромисс достигаетс , на-, пример, при Е 10 , N (10 -Ю ), N/E (10 - 10 ) с учетом того, что высокой точности адаптации дл  нормальной работы анализатора не требуетс .

Теоретические исследовани  показывают , что область оптимальных значений ширины дифференциального коридора

1л ё

минимизирующих сум (u t )opt - ,

марную статистическую и аппаратурную

погрешности анализатора,  вл етс  достаточно размытой и заключена в пределах ( д-с; ) ц. к (0,07-0,25) Сср в зависимости от объема выборки Е, уровн  анализа, характера распределени  длительности выбросов. Целесообразно воспользоватьс  средним значением С 1/6, т.е. (uTDop. /6. С учетом того, что максимальна  изме- р ема  длительность выброса составл ет обычно пор дка с макс (2-3) Тср , оптимальное число каналов анализатора

получаетс  равным

1,

макс

°Р 12-18, удобно вз ть за основу 1 16.

Результаты адаптации к Т„ оказываютс  зафиксированными к моменту Т в виде кода в счетчике 6 средне длительности выбросов. Этот счетчик подсчитывает число импульсов 21 частотой , прошедших за.врем  суш,е

F

ствовани  N выбросов:

 

21 f«,, f««Kc N c N i I

С 9

Последовательное соединение счет- . - N

чика на (р) 6N импульсов и счетчика

L .

на ( импульсов в составе счетчика 6 средней длительности выбросов позвол ет зафиксировать в последнем

к моменту окончани  адаптации код п.„ ,, пропорциональный

ср

-махе

ср

Выбор, например, (п ) 2 позвол ет автоматически перекрыть

д-р 3 частотный диапазон Df 10

мий

при изменении уровн  анализа от V/(j О до V/6 3, где G - среднеквадратичное значение процесса.

Устройство работает следующим образом .

В исходном состо нии счетчик 6 средней длительности выбросов, счетчик 10 адреса, счетчики 13 группы, и счетчик 15 общего числа выбросов сброшены в О, на первом выходе счетчика 15 общего числа выбросов имеетс  высокий потенциал, открывающий по одному входу второй элемент И 5, а на втором выходе счетчика 15 общего числа выбросов имеетс  низкий потенциал, закрывающий первый элемен И 3. Это состо ние соответствует началу процесса адаптации анализатора

10

15

25

30

35

.

45

gQ gg т

к средней длительности выбросов исследуемой реализации х(с) над уровнем V в пороговом элементе 1, который представл ет собой компаратор напр жени . На его выходе образуютс  пр моугольные импульсы стан.гдартной амплитуды , длительность которых равна длительности выброса за уровень анализа V. Эти импульсы поступают на вход формировател  2 импульсов, представл ющего собой дифференцирующую цепь дл  формировани  из пр моугольного импульса выброса два коротких импульса, соответствующих началу и концу выброса. Передний фронт импульса выброса переводит триггер 9 в состо ние . 1, а задний сбрасывает в О.

Импульсы выбросов с выхода порогового элемента 1 начинают накапливатьс  в счетчике 15 общего числа выбросов . Одновременно они поступают на первый вход открытого второго элемента И 5, на третий вход которого подаютс  счетные импульсы частотой иакс генератора 4 тактовых импульсов . С выхода второго элемента И 5 пачки импульсов частотой f,,;; и длительностью, совпадающей с длительностью выбросов, подсчитываютс  счетчиком 6 средней длительности выбросов .

Процесс адаптации анализатора к средней длительности выбросов продолжаетс  вплоть до накоплени  в счетчике 15 общего числа выбросов заданного количества импульсов N. В этот мо- мент на его первом выходе по вл етс  низкий уровень напр жени , закрывающий второй элемент И 5 и преп тствующий дальнейшему прохождению пачек импульсов частотой , счетчик 6 средней длительности выбросов, в котором устанавливаетс  код и . Этот код задает коэффициент делени  делител  7 частоты, представл ющего собой реверсивный счетчик с предварительной установкой кода.

С выхода делител  7 частоты периодическа  последовательность импульсов частоты f поступает на второй вход первого элемента И 3, на третий вход которого подаетс  открывающий высокий уровень с второго выхода счетчика 15 общего числа выбросов .

С этого момента начинаетс  анализ Е выбросов, где (E+N)-полна  емкость

счетчика 15 общего числа выбросов. С приходом переднего фронта очередного выброса триггер 9 устанавливаетс  в 1, открывает по первому входу первьш элемент И 3 на все врем  длительности выброса и последовательность импульсов оптимальной частоты f|, -f ijujc/ cp начинает проходить на вход счетчика 10 адреса. По мере пос ;туплени  импульсов с интервалом, равным ширине дифференциального коридора д сГ Т -- (ср /6, в счетчип ке 10 адреса смен ютс  адреса-коды,

управл ющие дешифратором 11, на его выходах поочередно по вл етс  высоки уровень, открывающий один из элементов И в составе элементов И 12 группы . В момент окончани  выброса на выходе формировател  2 импульсов возникает короткий дифференцирующий импульс , сбрасывающий в нуль триггер 9 который низким логическим уровнем закрывает по первому входу первый элемент И 3. В составе 1 элементов И 12 группы остаетс  открытым только один элемент, номер которого раве целому числу дифференциальных коридоров , уложившихс  на прот жении дли- тельности данного выброса. Через это открытый элемент в одноименный счетчик 13 группы проходит один импульс с второго выхода формировател  2 импульсов в момент окончани  данного выброса. Одновременно-этот импульс обнул ет счетчик 10 адреса, подготавлива  его к приему адреса следующего выброса.

В редких случа х по влени  выбро- сов, длительность которых превышает максимальную измер емую счет- :чик 10 адреса переполн етс  еще до окончани  выброса и на его выходе по вл етс  импульс, поступающий на вто- рой вход элемента 16 запрета, триггер в составе которой высоким уровнем напр жени  закрывает дешифратор 11.

Все элементы И 12 группы оказываютс  закрытыми и ни в один из счетчи- ков 13 группы не проходит импульс в момент окончани  сверхдлинного выброса , а только происходит обнуление счетчика 10 адреса.

Общее количество таких сверхдлин- ных выбросов из числа Е выбросов, прошедших за врем  анализа, может быть ycTaHOBjreHo после окончани  измерений по разнице между числом Е и

суммарными показани ми всех накопительных счетчиков 13 группы. При правильном выборе 1 количество сверх- выбросов € макс ответствует режиму усечени  хвоста плотности распределени , не должно превышать единиц процента от числа Е.

К моменту заполнени  счетчика 15 общего числа выбросов измерени  автоматически заканчиваютс  и в счетчиках 13 группы оказываютс  зафиксированными 1 ординат плотности распределени  длительностей выбросов реализации данного случайного процесса.

Оценка плотности распределени  находитс  по формуле

)

1,1 At Е

ё i 1; о iuT

где h I

ДТ п

-показани  i-ro счетчика 13 группы i

-общее количество выбросов за врем  анализа

со ширина дифференциального коридораi П|, - текущий коэффициент деле- ни  управл емого делител  7 частоты; период следовани 

счетных импульсов с генератора 4 тактовых импульсов. Целесообразно выбрать, например, макс 10 МГц, тогда it 10 п и при Е Ю

)

юЧ,

Дл  индикации h; в анализатор ввод тс  элементы 14 индикации группы. Текущий коэффициент делени  фиксируетс  индикаторами, вход щими в состав счетчика 6 средней длительности выбросов. Индикаторы п ропредел ют масштабы кривой плотности W( C ;) по ос м абсцисс и ординат.

Продолжительность индикации определ етс  формирователем 8 импульсов времени индикации, в состав которого входит одновибратор, вырабатывающий импульс заданной длительности, начина  с момента заполнени  счетчика 15 общего числа выбросов. На все врем  индикации с первого выхода формировател  8 импульсов времени индикации импульс одновибратора удерживает в нуле счетчик 15 общего числа выбросов и элемент 16 запрета, закрывающий дешифратор 11 и преп тствующий дальнейшему накоплению имгГульсов в счетчиках 13 группы.

За врем  индикации оператор должен зафиксировать показани  h- всех счет- чиков 13 группы и текущего коэффициента делени  п

ср

с целью построени 

гистограммы оценки плотности распределени  длительностей выбросов ) по 1 точкам,

В момент окончани  индикации импульс с второго выхода формировател  8 импульсов времени индикации сбрасывает в О счетчик 6 средней длительности выбросов и счетчики 13 группы.

На этот цикл измерений плотности распределени  длительностей выбросов на данном уровне V заканчиваетс  и схема анализатора оказываетс  в исходном состо нии. При сохранении не- изменного уровн  анализа V и реализации стационарного случайного процесса х(с) на входе анализатора циклы измерений автоматически повтор ютс , благодар  чему точность оценки плотное- ти распределени  длительности выбросов может быть повышена путем усреднени  результатов измерений по всем циклам.

Смена уровн  анализа V влечет за собой повторение всей описанной про цедуры, начина  с адаптации анализатора к средней длительности выбросов над новым уровнем анализа и конча  индикацией результатов измерений.

Форм у л а изобретени 

Анализатор длительностей выбросов случайных процессов, содержащий пороговый элемент, информационный вход которого  вл етс  информационным входом анализатора, вход задани  порога порогового элемента  вл етс  одноименным входом анализатора, а выход

порогового элемента соединен с входо формировател -импульсов и с первым входом первого элемента И, счетным входом счетчика средней длительности выбросов, разр дные выходы которого подключены соответственно к информационным входам делител  частоты, управл ющий вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и

5

0 5

0 5

0

5

подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй элемент И, выход которого соединен с информационным входом счетчика адреса, разр дные вых-оды которого соединены соответственно с группой информационных входов дешифратора, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, выходы которых подключены соответств енно к счетным входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с входами элементов индикации группы, формирователь импульсов времени индикации, первый информационный выход которого подключен к входам сброса счетчика средней длительности выбросов и счетчиков группы, триггер, вход установки в О которого соединен с первым выходом формировател  импульсов, второй выход которого соединен с входом установки в 1 триггера , входом сброса счетчика адреса и с вторыми входами элементов И группы , первый вход второго элемента И соединен с выходом триггера, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений и расширени  частотного диапазона за счет его адаптации к средней длительности выбросов, в него введены счетчик общего числа выбросов и элемент запрета , разрешающий вход которого соединен с выходом переполнени  счетчика адреса, выход элемента запрета соединен со стробирующим входом дешифратора , а вход запрета элемента запрета объединен .с входом сброса счетчика общего числа выбросов и подключен к второму информационному выходу формировател  импульсов времени индикации , вход запуска которого подключен к выходу переполнени  счетчика общего числа выбросов, выход первого разр да которого соединен с третьим входом первого элемента И, разр дный выход счетчика общего числа выбросов подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу делител  частоты, счетный вход счетчика общего числа выбросов соединен с выходом порогового элемента.

Claims (1)

1. Форм ул а изобретения

   Анализатор длительностей выбросов случайных процессов, содержащий поро- ₄θ говый элемент, информационный вход которого является информационным входом анализатора, вход задания порога порогового элемента является одноименным входом анализатора, а выход 4Ь порогового элемента соединен с входом формирователяимпульсов и с первым входом первого элемента И, счетным входом счетчика средней длительности выбросов, разрядные выходы которого подключены соответственно к информационным входам делителя частоты, управляющий вход которого объединен с вторым входом первого элемента И и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, второй элемент И, выход которого соединен с информационным входом счетчика адреса, разрядные вых-оды которого соединены соответственно с группой информационных входов дешифратора, выходы которого соединены соответственно с первыми входами элементов И группы, выходы которых подключены соответств’енно к счетным входам счетчиков группы, выходы которых соединены соответственно с входами элементов индикации группы, формирователь импульсов времени индикации, первый информационный выход которого подключен к входам сброса счетчика средней длительности выбросов и счетчиков группы, триггер, вход установки в 0 которого соединен с первым выходом формирователя импульсов, второй выход которого соединен с входом установки в 1 триггера, входом сброса счетчика адреса и с вторыми входами элементов И группы, первый вход второго элемента И соединен с выходом триггера, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и расширения частотного диапазона за счет его адаптации к средней длительности выбросов, в него введены счетчик общего числа выбросов и элемент запрета, разрешающий вход которого соединен с выходом переполнения счетчика адреса, выход элемента запрета соединен со стробирующим входом дешифратора, а вход запрета элемента запрета объединен с входом сброса счетчика общего числа выбросов и подключен к второму информационному выходу формирователя импульсов времени индикации, вход запуска которого подключен к выходу переполнения счетчика общего числа выбросов, выход первого разряда которого соединен с третьим входом первого элемента И, разрядный выход счетчика общего числа выбросов подключен к второму входу второго элемента И, третий вход которого подключен к выходу делителя частоты, счетный вход счетчика общего числа выбросов соединен с выходом порогового элемента.