SU805358A1 - Устройство дл определени экстре-МАльНыХ зНАчЕНий СлучАйНыХпРОцЕССОВ - Google Patents

Description

,54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ

1

Изобретение относитс  к средствам автоматики и вычислительнойтехники и предназначено дл  определени  экстремальньох значений широкополосных случайных сигналов при построении измерительных приборов, используемых в  дерной физике, радиационной медицине, диагностике состо ни  устройств и объектов, приборов дл  статистического анализа случайных процессов.

Известно устройство дл  определени  экстремального значени  однократного процесса, которое содержит регистры пам ти, нуль-орган, входы которого соединены соответственно с входом устройства и выходом преобразовател  код-аналог, подключенного входом к разр дным выходам реверсивного счетчика, входы сложени , вычитани  и тактовых импульсов которого соединены соответственно с выходами Сложить нуль-органа и первым входом первого элемента И, с выходом Вычесть нуль-органа и первым входом второго элемента И, с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены , к выходам двух первых элементов И, вторые входы которых соединены с первым выходом генератора тактовых

импульсов, второй вход которого под-. ключен к счетчику времени, единичный и нулевой входы первого триггера через элементы задержки подключены к выходу первого, входу третьего элементов Ник входу четвертого, выходу второго элементов И, выхрды первого триггера подключены к вторым входам третьего и четвертого элементов И, третьи входы которых соединены с единичным выходом второго триггера , нулевой вход которого подключен к выходу четвертого элемента И и входу управлени  первого регистра па. м ти, входы которого соединены с выходами счетчика времени и входами второго регистра пам ти, вход управлени  которого соединен с выходом третьего элемента И и входом управле-, ни  третьего регистра пам ти, соединенного другими входами с выходами реверсивного Счетчика Cll.

Однако, устройство не имеет эащиты от импульсных помех,. превышающих дискретность (шаг квантовани  по уровню в устройстве). дЬпустикий на входе устройства шум при определении размытого экстремума должен быть по размаху менее шага квантовани  по уровню. Точность определени  экстремума .ограничена шагом квантовани  по уровню и измен тьс  в зависимости от конкретных условий работы устройства (полосы сигнала, шумов) не может. Известное устройство не предназначено .дл  широкополосных входных сигналов. Оно работает с посто нной тактовой частотой,.оптимальной дл  ограничени  спектра случайного сигнала .. Кроме того --устройство требует сброса триггеров и счетчиков перед определением .экстремального зна чени  и пбэтрму может анализировать только однократные реализации случай ных процессов с одним экстремальным Значением в этой реализации. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  функции распределени  экстремальных значений случайных сигналов, содержа щее источник исследуемого сигнала, нуль-орган (сравнивающее ycTpoiScTBo образцовый генератор случайиЕлх .сигна лов, накопитель, задатчик напр жени  уровн  Jвыбopки, ключ,-запоминающий элемент, схему Исклзрчитель но-ИЛИ {йзл ритель), тактовый генератор, блок, определени  изменени  зна:ка приращени  исследуемого сигнала и аналоговый запоминающий блок 2. Известное устройство при определении экстремальных, значений сигнала не имеет защиты от иилетульсных помех, точность определени  экстремумов его неизменна  и при заданной неизменной тактовой частоте, в основном , определ етс  параметрами аналогового запоминающего блока и нуль-органа. Устройство обладает большими погрешйост ми определени  экстремумов низкочастотных сигналов так как параметры его аналогового за поминающего блока и тактова  частота не измен ютс  в зависимости от.скорости изменени  входного сигнала. Кроме того, устройство измер ет только одну статистическую характерис . тику экстремальных значений сигнала- функцию расп;ределени , что часто на практике бывает недостаточно. Цель изобретени  -.повышение точности определени  экстремальных значений широкополосных-случайных сигналов , а также помехозащищенности. Поставленна  цель достигаетс  те что в устройство дл  определени  экстремальных значений случайных процессов, содержащее первый аналоговый блок пам ти.и первый компаратор , первые входы которых объединен и подключены к первому входу устрой ства, блок определени  изменени  зн ка приращени  входного сигнала, пер вый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами измерител , а.третий - подключен к первому входу, блока син хронизации, первый и второй выходы которого соединены соответственно .ее вторым входом первого, аналогового блока пам ти и со вторым входом первого компаратора,, в устройство дополнительно введены два аналоговых блока пам ти, три ключа, три сумматора , управл емый источник напр же-: ни , блок адаптации, п ть компараторов и мажоритарный блок, первые шесть входов которого соединены с выходами соответствующих компараторов, седьмой вход подключен к третьему выходу блока синхронизации,четвертый выход которого соединен с третьим входом измерител , четвертый вход которого подключен к выходу усреднител , входы которогоподключены к выходам соответствугадих ключей, информационный .вход каждого к.гао«а соединен с выходом соответствующего аналогового блока пам ти, управл ющие входы ключей соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами мажоритарного блока, четвертый и п тый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами блока определени  изменени  знака приршцени , первые входы :второго и третьего аналоговых блоков пам ти, блока адаптации, второго, третьего, четвертого, п того и шестого компараторов объединены и подключены к первому входу устройства , второй вход второго компаратора соединен со вторым входом блока синхронизации, вторые входы третьего и четвертого компараторов подключены к п тому выходу блока синхронизации, вторые входы п того и шестого компараторов соединены с шестьал выходом блока синхронизации, первый и второй выходы.первого сумматора соединены соответственно с третьими входами первого и второго компараторов, первый и ВТОРОЙ выходы второго сумматора подк.лючены соответственно к третьим входам третьего и четвертого компараторов, первый и второй вы-ходы третьего сумматора соединены соответственно с третьими входами п того и шестого компараторов, выходы компараторов подключены к соответствунвдим входам мажоритарного блока, первый вход каждого суивлатора соединен с выходом соответствующего аналогового блока пам ти вторые входы сумматоров подк.лючены к выходу управл емого источника напр жени , вход которого  вл етс  втором входом устройства, втоЕЖле входы второго и третьего аналоговых блоков пгм ти подключены соответственно к седьмому и восьмому выходам блока синхронизации , второй вход которого подключен к первому выходу блока адаптации, второй выход которого соединен с третьими входами аналоговых б.локов пам ти, второй вход блока гщаптации  вл етс  третьим входом устройства.

На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый 1, второй 2 и третий 3 аналоговые блоки пам ти (АБП), на первые входы которых и на вход блока 4 адаптации подаетс  исследуемый случайный сигнал. Выход блока 4 адаптации соединен со вторыми входами блоков 1-3, другой выход блока 4 адаптации. соединен с входом блока 5 синхронизации, ;которого подключены к третьим входам блоков 1-3, вьдходы которых соединены непосредственно с первьми входами первого 6, второго 7 и третьего 8 суматоров , а также через ключи 9-11 с входами усреднител  12. Вторые входы сумматоров 6-8 св заны с выходом управл емого источника 13 напр жени , а выходы сумматоров 6-8 со вторьдали входами компараторов 14-19, на первы входы которых подаетс  исследуемый сигнал. Выходы компараторов подключены ко входам .мажоритарного блока 20, входы которого.соединены.с входами блока 21 определени  изменени  знака приращени . Другие выхойы мажоритарного блока 20 св заны с- управл кщими входами ключей 9-11. Один из входов мажоритарного блока соединен с выходом блока 5 синхронизации. Выходы блока 21 определени  изменени  знака приращени  подключены к входам блока 5 синхронизации и измерител  22, вход которого соединен с выходом усреднител  12.

Устройство работает следунацим образом.

В блоке 4 адаптации задаетс  ошибка восстановлени  входного сигнала €, пропорционально которой в нем формируетс  тактова  частота, поступающа  в блок 5 синхронизации, а также в аналогичные блоки 1-3 пам ти и включаютс  соответствукндие АВП случайного сигнала. Блок 5 синхронизации последовательно формирует ньетуль са строба на пары компараторов 14 и 15, 1би 17, 18 и 19. После импульсов строба компараторов с.некоторой задержкой блоком 5 синхронизации формируетс  сигнал в мажоритарный блок 20, по которому происходит усреднени в блоке 12, и сигнала включени  на запоминание мгновенных значений входного процесса в блоках 1-3. Сдвиги по времени мемоду импульсш й строба компараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, и также между импульсами акдаэчени  аналоговых блоков 1-3 пам ти, задаваемые блоком 5 синх иэниэаЦии, превышают ожидаемую длительность импульсных памёх, но по .времени намного меньше периода между тактами, которые вырабатывает блок 4 адаптации дл  работы блока 5 синхронизации .

Блок 5 обеспечивает возможность регулировки времени между стробнроанием компараторов 14 и 15, 16. и 17, 8 и 19, а также подключением второго налогового блока 2 пам ти по отношеию к первому 1, третьего 3 по отноению ко второму 2. Запомненные знаени  входного случайного сигнала и. (где , 2, 3) ча каждом такте оступают из блоков 1-3 на первые ходы сумматоров 6-8. На вторые вхоы сумматоров 6-8 от управл емого

источника 13 напр жени  подключены

напр жени  лЦ. Напр жение устанавливаетс  оператором таким образом чтобы образовалась зонй нечувствительности компараторов 14-19 к шумам .в том случае, когда перва  производна  входного сигнала близка или равна нулю. Этим исключаютс  дополнительно ложные срабатывани  компараторов 14-19 и блоков 20-22 за счет того, что компараторы имеют конечный

порог .срабатывани . На первые входм компараторов 14-19 поступает входной случайный сигнал, на вторые входы - величины +AU,. и U,. -дИ . На следующем тактовом импульсе блока 4

адаптации устройством 5 синхронизации снова последовательно формируютс  импульсы строба на компараторы 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19. По результатам сравнений определ етс  знак

приращени  случайного сигнала по отношению к запомненным блоками 1-3 на предыдущем такте значени м случайного сигнала ( +ла и .-лЦ , снимаемым с выходов блоков 6-8 суммировани .

входные сигналы компараторов 14-19 поступают на входы 1;..жоритарного блока 20. Блок 20 выполн ет решающую функцию и выбирает из совокупности сигналов, поступающих на каждом-такте на его входы, наиболее достоверные значени .

С учетом зоны нечувствительности устройства ±ди;, блока 20 дл  каждой i-й пары сравниваквднх устройств в зависимости от изменени  входного случайного сигнала формируют следующие сигналы y.j :

S}

UT&IC Э

тек 3i - ЛУ,iTej

сигналы соответствуют положительному знаку приращени  случайного сигнала;

СИ1

5} Угек УЗ, 4- aU - о;

тек з «- Д,сигналы соответствуют отсутствию приращени  случайного сигнала;

тек з,- - Д - П UTE.   - ли,- -. о сигналы соответствуют отрицательному знаку приращени  случайного сигнала .

Обозначим выходные логические сигналы блока 20 соответственно дл  кс лпараторов 14 и 15 - Y и У, ; 16 и 17 - Vi и Y ; 18 и 19 - Y и Yj . Логические сигналы Y , , Тз соответствуют положительным приращени м, а

сигналы , , Y| - отрицательньш приращени м входного случайного сигнала .

Выбор наиболее достоверного значени  в блоке 20 осуществл етс , по большинству голосов следующим, образом , В блоке 20 производитс  опера ци  сложени  логических сигналов:

Z{ + ) ; Z(-)YV+Y,+Y и вьщаетс  сигнал Ноль при выполне НИИ неравенства Z.it)-2 О (т.е. блок 20 не фиксирует положительного приращени  случайного сигнала); или сигнал Единица при выполнении неравенства Z( + ) (т.е. блок 20 формирует положительное приращение случайного сигнала).

Аналогично дл  Z(-): если Z(-)-2 то вьщаетс  Ноль (т.е. блок 20 не фиксирует отрицательного приращени  случайного сигнала); если Z(-)-2 0,, то выдаетс  Единица (т.е. блок 20 фиксирует отрицательное приращение случайного сигнала) . Блок 20 гасж&т быть решен на мажоритарных модул х, называемых иногда кворум-эле11«ентами.

Указанные логические сигналы Ноль или Единица поступают в определени  изменени  знака приращени , в котором знак приращени  запоминаетс . Кроме того, если на предыдущем тактовом импульсе было запомнено противоположное по знаку приращение, блок 21-выдает сигнал, соответствующий минимальному или максимальному значению случайного сигнала , в измеритель 22, а также сигнал, соответствующий экстремальному значе ВИЮ, в устройство 5 синхронизации.

При наличии сигнала, соответствующего экстремальному значению, блок 5 формирует стробирующий сигнал в блок 20,по которому (после прохождени  трех импульсов на стробирование компараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19) формируютс  сигналы на включение ключей 9-11. Логически управление ключами 9-11 организовано так, что всегда блоком 20 могут включатьс  только два из трех ключей, если даже в сигнале нет помехи и во всех трех каналах запомнена-достоверна  информаци , в случае возникновени  помехи в одном из каналов при запоминании или сравнении включаютс , ключи двух достоверных каналов при нахождении экстремума. При.открывании ключей на вход усреднител  12 подаетс  два запомненных на предццуадем такте значени  случайного сигнала, среднее из которых  вл етс  искомым экстремальным значением.

С некоторым сдвигом по времени от блока 5 йриходит импульс запуска измерител  22 и одновременно .с ним .первый импульс на запоминание в первое .запоминающее, устройство 1, затем следуют импульсы.последовательно на запоминающие устройства 2 и 3. На

этом цикл работы устройства заканчиваетс .

С приходом следующего тактового импульса от блока 4 адаптации проход т три импульса строба компараторов 14 и 15, 16 и 17, 18 и 19, импульс на открывание ключей 9-11 в случае определени  экстремума и три импульс на новое запоминание блоками 1-3.

Импульсом запоминани  первого аналогового блока 1 пам ти в случае определени  экстремума случайного сигнала запускаетс  измеритель 22.

При измерении статистических характеристик экстремальных значений случайных сигналов допустимш пропуски экстремальных значений сигнсша Эти пропуски не создгиот дополнительных погрешностей статистических характеристик сигнала, а лишь увеличивают необходимую длину реализации случайного сигнала. Поэтому в предложенном устройстве применим блок 4 адаптации с стохастическим алгоритмом работы, в котором в зависимости от заданной погрешности восстановлени  и скорости изменени  случайного сигнала устанавливаетс  средн   тактова  частота, котора  флуктуирует в небольщих пределах дл  стационарного случайного сигнала.

Таким образом, помехоустойчивость и точность измерени  экстремальных значений сигнала повышаетс  за счет введени  межоритарной обработки и усреднени  результатов избыточного измерени  экстремумов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  определени , экстремальных значений случайных процессов , содержащее первый аналоговый блок пам ти и первый компаратор, первые входы которых объединены и подключены к первому входу устройства, блок определени  изменени  знака приращени , первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами измерител , а третий - подключен к первому входу блока синхронизации, первый и второй выходы которого соединены соответственно со вторым входом первого аналогового блока пам ти и со вторым входом первого компаратора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в устройство дополнительно введены два аналоговых блока пам ти, три ключа, три сумматора , управл емый источник напр жени , блок адаптации, п ть компараторов и мажоритарный блок, первые шест входов которого соединены с выходами соответствующих компараторов, седьмой вход подключен к третьему выходу блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с третьим входс «