SU744632A1 - Устройство дл определени автокоррел ционной функции узкополосного случайного процесса - Google Patents

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОЙ ФУНКЦИИ УЗКОПОЛОСНОГО СЛУЧАЙНОГО Изобретение относитс  к области аппаратурного определени  основных статистических характеристик стационарньЬс случайных процессов и может бьсть использовано в системах радиосв зи , радиолокации, при исследовании систем автоматического управлени , биологических систем/ акустичес ких  влений и в других област х, име щих св зь со случайными процессами. Известно устройство 1, содержащее блок регулируемой задержки, смеситель , модул торы, блок умножени , . блок усреднени , генератор гармонии. Недостаток аналога 1 св зан с отсутствием возможности непосредстве ного анализа ширины спектра Известно устройство 2 дл  определени  автокоррел ционной функции узкополосного с.г(учайного процесса. Это устройство 2 основано на ис пользовании широко распространенного принципа умножени . Оно состоит из последовательно соединенных аттенюатора , блока умножени  частоты, преоб раэовател  частоты, второй вход ко .торого через блок автоподстройки час тоты подключен к выходу аттенюатора, блока умножени , блока усреднени  и блока регистрации, причем второй вхо ПРОЦЕССА блока умножени  подключен к,выходу блока регулируемой задержки, вход которого соединен с выходом преобразовател  частоты. Известное устройртво позвол ет опред елить оценки ординат автокоррел ционной функции (АКФ) k(c) исследуемого случайного процесса (t) при различных задержках. Особенностью известного устройства  вл етс  осуществл емое в нем предварительное нелинейное преобразование исследуемого процесс а. Такое преобразование дает возможность значительно сократить врем  коррел ций исследуемого процесса (или, что то же самое, расширить, спектр исследуемого процесса ) и сохранить при этом подобие формы его автокоррел ционной функций. В свою очередь это позвол ет снизить требовани , предъ вл емые к |блоку регулируемой задержки, и упростить техническую реализацию устройства. Однако известное устройство имеет недостатки. Как правило, при проведении коррел ционных измерений возникает р д дополнительных вопросов. В первую очередь к такимвопросам относ тс : вопрос о количестве ординат АКФ, которыене.обходимо определить при измерени х; вопрос о величине ин:Т«р8ал .а Лтг между измер емыми ордина тлми, т.е. вопрос о шаге измерений . Ответ на эти вопросы может быть дан лишь при наличии данных о характере исследуемого случайного процесса fe, (t), в частности о ширине спектра исследуемого процесса. Известное ycTpoactBo не позвол ет получать такие данные до приведени  основных измерений. Априорное получени даже грубых оценок ширины спектра играет большую роль в практике статистических измерений, так как это непосредственно св зано с сокращение избыточности, временем измерений и вопросами точности проводимых измерений . Желательно, чтобы така  оценкаосуществл лась перед анализом АКФ и сравнительно простыми средствами, Это особенно важно при исследовании узкополосннх процессов, так как дл  них характерны большие значени  времёни координации. .- . . ;

Целью данного дополнительного изо бретени   вл етс  расширение функциональных возможностей известного устройстйа путем оценивани  ширины процесса и, как следствие, сокращение времени анализа АКФ за счет возможного уменьшени  избыточности измерений .,

Указанна  цель достигаетс  введением в известное устройство последовательно сеединенных расстроенного по частоте резонансного усилител  и первого формировател  импульсов, второго формировател  импульсов, реверсивного счётчика и блока индикации, вход которого подключен к выходу реверсивного счетчика, входы которого соединены соответствено с выходами первого и второгоформировател  импульсов , причем вход расстроенного. по частоте резонансного усилител  соединен с выходом преобразовател  частоты, а вход второго формировател  импульсов.подключен к выходу аттенюатора.

Введениеэтих блоков позвол ет непосредственно (без промежуточных вычислений) оценить зна.ченйе второго центрального. спектральн6г6 момёнта,  вл ющегос  обобщенной характеристикой ширины спектра исследуемого процесса . Содной стороны, это расшир е Функциональные возможности известного измерител , а с ;п1ругой стороны, позеол ет по полученным данным рационально (обоснованно) выбрать шаг измерений АКФ и за счетэтого сократить избыточность измерений (а следовйтельно , и врем , затрачиваемое на. определение коррел ционной функции ) .

Функциональна  схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Устройство ДЛЯ «определени  автокоррел ционной /функции узкополосного случайного процесса (фиг. 1) содер жйт аттенюатор 1, блок 2 умножени  частоты, преобразователь 3 частоты, блок 4 автоподстройки частоты, блок 5 умножени , блок б регулируемой задержки , блок 7 усреднени  и блок 8 J регистрации. К выходу аттенюатора 1 подключен формирователь 9 импульсов, а к выходу преобразовател  3 частоты подключены также поледовательно соединенные расстроенный по частоте реQ зонансный усилитель 10, формирователь 11 импульсов, реверсивный счетчик 12 и блок 13 индикации, причем второй йход реверсивного счетчика 12 подключен к выходу формировател  9 импульсов.

Работа описываемого устройства осуществл етс  следующим образом.

Исследуемый узкополосный случайный процесс (t) через аттенюатор 1

0 (а при необходимости усилитель) подаетс  на блок 2 умножени  частоты. В общем случае на входе блока 2 исследуемый процесс характеризуетс  средней частотой и коэффициентом

5 коррел ции R(t) RQ(-C) COSIA/QT. Блок 2 умножени  частоты имеет коэффициент умножени  k, и с его выхода снимаетс  сигнал со средней частотой kWoH коррел ционной функцией, характеризуеj , мой коэффициентом коррел ции RX (t) R(-r-)cos . Показатель степени m определ етс  здесь номером выдел емой спектральной полосы, т.е. коэффициентом умножени  блока 2. Средн   частота kw процесса, подвергшегос 

умножению, вновь понижаетс  до исходной частоты U)o с помощью преобразовател  3 частоты, гетеродин которого синхронизируетс  средней частотой исследуемого процесса (t) с помощью

0 блока 4 автоподстройки частоты. Таким образом случайный процесс на выходе блока преобразовани  частоты будет иметь среднуюю частоту о , а . коэффициент коррел ции К (тг)

с RoVtr) cosvA oTT. Проводимое умножение частоты с последующим преобразованием частоты, позвол ет примерно в k раз уменьшить врем  коррел ции ис , следуёмОгО узкополосного процесса, а

л следбвательно, во столько же раз снизить требовани , предъ вл емые к блоку б регулируемой задержки. Предва . рительно преобразованный случайный процесс с блока 3 поступает на блок 5 умножени , а также на вход блока б

регулируемой задержки. После перемножени  мгновенных значений пр мого и задержанного процесса, а также усреднени  в блоке 7, блок 8 регистрации автоматически региштрирует одно

Claims (2)

1. 0 значение ординаты k(t:() АКФ исслед емого узкополосного случайного процесса . Учитыва , что блоками 5, 6, 7 ведетс  обработка предварительно преобразованного процесса, блок 8 ре5 гист|)аДйи по значени м автокоррел ционной функции преобразованного про цесса должен автоматически вычисл ть значение ординаты k(r|) АКФ. Эта опе раци  при известном значении показа тел  степени m может осуществл тьс  (в простейшем случае) с помощью соответствующей градуировки щкалы блока регистрации. Перва  ордината Кх(т:) АКФ обычно определ етс  при нулевых значени х задержки, втора  ордината ks (ti) сни маетс  при и т.д. Выеор шага измерений дтг непосредственно вли ет на точность определени  АКФ, на избы точность измерений и на врем  измере ний. Дл  обоснованного выбора шага измерений необходимо определить шири ну спектра исследуемого процесса. В предлагаемом устройстве дл  этого служат блоки 9, 10, 11, 12, 13. На вход блока 10 подаетс  предварительно преобразованный случайный процесс коэффициент коррел ции которого равен R (тг) , а средн   частота WP может быть выражена через спектральную плотность (си) этого процесса, как o )c ou/56(oo)dcu , о ° о Блок 10 представл ет собой расстроенный по частоте резонансный усилитель . Его параметры выбираютс  таким образом, чтобы частоты uj находилась в середине приближенно линейного участка одной из ветвей его амплитуд но-частотной характеристики А (bj) . Пр этом процесс на выходе блока 10 будет иметь спектральную плотность () Pi, (ш)6 (uj) и среднюю частоту (и/)6(оо)о1со/ А {а|)б(ш)с1а1 °о . На реверсивный счетчик 12 подаютс  импульсы с первого формировател  11 импульсов и второго формировател  9 импульсов. При этом среднее число им пульсов в единицу времени, поступающих с блока 11, характеризуют среднюю частоту ujo, а импульсы с блока 9 характеризуют среднюю частоту ю исследуемого процесса. Реверсивный счетчик 12 выдает показани , проборциональные разности частот ОУ-ШО-ШО. При использовании в блокеЮ приближенно линейного участка амплитудночастотной характеристики значение А(ш) может быть представлено как л (ш) ао+ а значениес 1х) ujj-Шо-рм-(.6) где р - посто нный коэффициент, определ емый по характе ристике А (tu) , а ) - второй цент ральный спектральный момент (ВЦСМ). Второй центральный спектральный м мент характеризует спектральную дисперсию процесса и  вл етс  обобщенно характеристикой ширины спектра случа него процесса. Кроме того, значение ВЦСМ однозначно св занно с временем коррел ции Сцор процесса, так как )( const. Использую это, бло 13 индикации по величине cfui может выдавать данные как о значении ВЦСМ, так и о значении Скор Следует заметить , что измерение ВЦСМ блоками 10, 11, 12, было произведено дл  предварительно преобразованного процесса. Это целесообразно по той причине, что прербразованный процесс имеет в k раз шире энергетический спектр и измерени  величины ВЦСМ будут проводитьс  с меньшими погрешност ми. Кроме того, блоками 5, 6, 7 обрабатыва етс  также предварительно преобразо- ванный процесс. Приизвестном значении показател  степени m величина ВЦСМ преобразованного процесса (при желании) всегда может ыть выргжена ,через ВЦСМ исходного процесса. Определив, значение ВЦСМ (или значение ) и задавшись необходимой точностью определени  АКФ, можно рационально выбрать шаг измерений Ат: . Таким образом, описанное устройство позвол ет достаточно просто получать дополнительную информацию о статистических свойствах исследуемого случайного процесса, что расшир ет его функциональные овзможности. Определение второго центрального спектрального момента позвол ет при заданной точности измерений автокоррел ционной функции сократить избы-. точность измерений и, следовательно, значительно сократить врем , требующеес  дл  определени  автокоррел ционной функции. Формула изобретени  Устройство дл  определени  автокоррел ционной функции узкополосного случайного процесса по авт. св. № 485464, о т л ич ающее с   тем, что с целью расширени  функциональных возможностей за счет определени  ширины спектра процесса, в устройство введены последовательно соединенные расстроенный по частоте резонансный усилитель и первый формирователь импульсов, второй формирователь импульсов, реверсивный счетчик и блок индикации, вход которого . подключен к выходу реверсивного сче чика , входа которого соединены соот- ветственно с выходами первого и второго формировател  импульсов, причем ;вход расстроенного по частоте резо|нансного усилител  соединен с выходом преобразовател  частоты, а вход второго формировател  импульсов подключен к выходу аттенюатора. Источники информации, . прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 174851, кл. G Об G 7/19, 1964.
2. 2.Авторское свидетельство СССР I 485464, кл. G 06 G 7/19, 1975.