Claims (2)
го отклонени и управл емого двухпорогового элемента, переключатель и источник Г1ОСТОЯННОГО напр жени , выход которого соединен с первым входом переключател , второй вход которого подключен к выходу измерител среднеквадратического отклонени . Второй вход измерител среднеквадратического отклонени объединен со вторым входом центрирующего фильтра и подключен к выходу двухпорогового управл емого элемента, второй вход которого соединен с выходом переключател . Это устройство способно.в реальном масштабе времени подавл ть импульсные помехи, налагающиес на стационарные , либо слабо нестационарные по математическому ожиданию (среднему значению) и дисперсии случайные процессы. В случае наличи существенной нестационарности, например возможности резкого (скачкообразного) измерени математического ожидани , устройство переходит в режим пам ти. .причем на его выходах фиксируютс те значени математического ожидани (МО) и среднеквадратическогр отклонени (СКО), которые имели место до момента возникновени скачка МО. Это происходит-из-за того, что устройство воспринимает скачок МО как импульсную помеху, имеющую неопределенно большую длительность lj. Целью предлагаемого изобретени вл етс повышение точности получени оценок при быстроизмен ющихс среднем и среднеквадратическом отклонени х , что дает возможность получать практически несм.ещенные оценки математического ожидани и среднеквадратического отклонени основного (незагр зненного) случайного процес са с существенно нестационарным МО на фоне практически любых импульсных помех . Поставленна цель достигаетс тем что в устройство дополнительно введены преобразователь врем -напр жение и пороговый элемент, выход которого соединен с вторым управл ющим входом центрирующего фильтра, а вход подключен к выходу преобразовател врем -напр жение , вход которого соединен с выходом управл емого двухпорогового элемента. На фиг. 1 представлена структурна схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - пример технической реализации центрирующего фильтра с дополнительным управл ющим входом; на фиг.З временные диаграммы работы устрой- ва. Устройство (фиг. 1) содержит центрирующий фильтр 1, измеритель 2 среднеквадратического отклонени , управл емый двухпороговый элемент 3 переключатель k, источник 5 посто нного напр жени , преобразователь врем - . напр жение 6 и пороговый элемент J. Выход 8 фильтра 1 центрированного значени х входного процесса х соединен с информационным входом 9 измерител 2 СКО и информационным входом 10 управл емого двухпорогового элемента 3 выход которого соединен с управл ющими входами 11 фильтра 1 и 12 измерител 2. Управл ющий вход 13 элемента 3 соединен с выходом Ik переключател k, первый вход 15 которого подключен к источнику 5, а второй вход 16 - к выходу измерител deviation and controllable two-threshold element, a switch and a source of V-STANDARD voltage, the output of which is connected to the first input of the switch, the second input of which is connected to the output of the standard deviation meter. The second input of the standard deviation meter is combined with the second input of the centering filter and connected to the output of a two-threshold controlled element, the second input of which is connected to the output of the switch. This device is capable of suppressing, in real time, impulse noise that is superimposed on stationary or weakly nonstationary in terms of expectation (average value) and dispersion of random processes. In the event of significant non-stationarity, for example, the possibility of abrupt (hopping) measurement of the expectation, the device enters memory mode. Moreover, at its outputs, those meanings of mathematical expectation (MO) and standard deviation (MSE) are recorded, which took place before the moment of the jump of MO. This is due to the fact that the device perceives a jump in the MO as a pulsed disturbance having an indefinitely long duration lj. The aim of the present invention is to improve the accuracy of obtaining estimates with rapidly changing mean and standard deviations, which makes it possible to obtain almost unbiased estimates of the expectation and standard deviation of the main (non-polluted) random process with a substantially non-stationary MO with practically any impulse noise . This goal is achieved by additionally introducing a time-voltage converter and a threshold element, the output of which is connected to the second control input of the centering filter, and the input is connected to the output of the time-voltage converter, the input of which is connected to the output of the controlled two-threshold element. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 shows an example of a technical implementation of a centering filter with an additional control input; in FIG. 3, time diagrams of the operation of the device. The device (Fig. 1) contains a centering filter 1, a meter 2 of the standard deviation, a controlled two-threshold element 3, a switch k, a source 5 of constant voltage, a time converter. voltage 6 and threshold element J. The output 8 of the filter 1 of the centered values of the input process is connected to the information input 9 of the standard deviation 2 and the information input 10 of the controlled two-threshold element 3 whose output is connected to the control inputs 11 of the filter 1 and 12 of the measuring instrument 2. The control input 13 of the element 3 is connected to the output Ik of the switch k, the first input 15 of which is connected to the source 5, and the second input 16 to the output of the meter
2. Вход 17 преобразовател 6 соединен с выхо дом элемента 3, выход - со входом порогового элемента 7, выход которого подключен к управл ющему входу 18 фильтра 1. Центрирующий фильтр 1 и измеритель СКО 2 построены на основе усреднителей с пам тью. Усреднитель с пам тью имеет второй (управл ющий) двоичный вход, в зависимости от состо ни ко-, . торого усреднитель может работать либо в режиме усреднени , либо в режиме пам ти. Единичное значение сигнала на управл ющем входе соответствует режиму усреднени , а нулевое - режиму пам ти. Вход 11 центрирующего фильтра 1 вход 12 измерител 2 . (фиг. 1) вл ютс управл ющими входами соответствующих усреднителей, вход щих в их состав. На фиг. 2 приведен пример реализации центрирующего фильтра 1 с первым (информационным) входом х, вторым 11 и третьим (дополнительным) 18 управл ющими двоичными входами. Интегрирующа цепочка (резистор 19 и конденсатор 20) с управл емым ключом 21 на входе и повторителем на операционном усилителе 22 на выходе образует усреднитель с пам тью. Ключ 21 и резистор 19 зашунтированы последовательно соединенными резистором 23 и ключом-24 с управл ющим двоичным входом 18. Нормальное состо ние ключа 24 - разомкнутое. Посто нна времени Tf цепи резистор 23 конденсаОР 20 равна Т . При замкнутом ключе 21 на выходе 25 усилител 22 образуетс экспоненциально сглаженный входной сигнал, дающий оценку входного процесса х. При этом посто нна сглаживани Т 9 - RIO С/ . На выходе усилител 26 образуетс центрированный процесс х. Посто нна времени и Т/ выбираютс из услови 1 1 мак€ где f. и f - верхн и нижн /AORC лми граничные частоты спектра входного сигнала х„ В этом случае очевидно при замыкании ключа 2k независимо от состо ни ключа 21 напр жение на конденсаторе 20 и на выходе 25 усилител 22 быстро отслеживает изменени входного сигнала, в том числе и скамки МО х. Работу усреднител при замкнутом ключе 2k можно назвать режимом слежени . При переходе усреднител из режима усреднени или слежени в режим пам ти ключи 21 и 2k размыкаютс и на выходе усреднител запоминаетс т значение выходного параметра, которое имело место в момент прихода команды Запоминание. После поступлени команды Усреднение ключ 21 замы каетс и начинаетс обычна работа усреднител при начальном условии, соответствующем величине, запомненной на усреднителе. Управл емый двухпороговый элемент (фиг. 1) имеет информационный вход 1 управл ющий вход 13 и двоичный выход который принимает единичное значение если f Що| КЩ , и нулевое, если ( 7 Ки,, , где и и - соответственно напр жени на информацион ном 10 и управл ющем 13 входах элемента 3J К - константа. Преобразователь 6 имеет двоичный управл ющий вход 17. При единичном значении входного управл ющего сигнала выходное напр жение преобразова тел 6 равно нулю. 8 момент перехода управл ющего -сиГнала oj единичного к нулевому значению выходное напр жение преобразовател 6 начинает нарастать по линейному закону. Следовательно, величина напр жени пропорциональна времени, прошедшему с момента приход нулевого значени управл ющего сигнала . В момент по влени единичного управл ющего сигнала выходной сигнал преобразовател 6 возвращаетс в исходное (нулевое) состо ние. Пороговый элемент 7 имеет релейную характеристику, поэтому, если напр жение на его входе, подаваемое с преобразовател 6 меньше порогового значени , то выходной двоичный сигнал равен нулю, если напр жение на входе порогового элемента 7 больше УППО выходной сигнал равен единиц™ Таким образом, определ ет отрезок времени ЛТ, между моментом прихода нулевого сигнала на вход преобразовател 6 и моментом перехода порогового элемента 7 в единичное состо ние . Предлагаемое устройство (фиг. 1) работает следующим образом. Переключатель , служащий дл разг делени времени Т грубого (начального ) определени оценок среднего значени п и СКО Of входного процесса X и времени Тд основного анализа. в начале работы устройства замыкает контакты 1 и 15 и остаетс в этом состо нии в течение времени Tj-p. При этом на управл ющий вход 13 элемента 3 поступает максимальное значение ОАИСНСС от источника 5 а на информационный вход 10 - центрированный случайный процесс с выхода 8 центрирующего фильтра 1. Если значение модул центрированного входного процесса удовлетвор ет условию , (2) то на выходе элемента 3 удерживаетс логическа единица и центрирующий фильтр 1 и измеритель 2 работают в режиме анализа. При по влении выброса во входном процессе условие (2) нарушаетс , на выходе элемента 3 по вл етс нулевой сигнал и усреднители , вход щие в состав фильтра 1 и измерител 2, перевод тс в режим пам ти на врем действи помехи. По окончании действи помехи усреднитепи переход т в режим усреднени . При по влении скачка МО входного процесса х неравенство (2) также нарушаетс . Прин ть решение о том, что произошел скачок можно-на основе априорной информации о максимальной длительности Т (,- отдельного выброса . Если интервал времени 1, лТ, в течение которого нарушаетс неравенство , больше , т.е.л., то с веро тностью, близкой к единице, произошел скачок МО. В этом случае дл быстрого отслеживани скачка МО следует произвести в момент времени t -1- установку в усреднителе, вход щем в состав центрирующего фильтра 1, нового начального услови , соответствующего новому значению МО. Это можно осуществить путем подами единичного сигнала на управл ющий вход 18 фильтра 1 (фиг. 1 и 2) в времени t, + ., Указанна процедура реализуетс автоматически с помощью преобразовател 6 и порогового элемента 7- Пороговое напр жение 7 выбираетс пропорциоUpop элемента нальным . В момент нарушени неравенства 2) срабатывает элемент 3, запускающий преобразователь 6 и перевод щий усреднители центрирующего фильтра 1 и измерител СКО в режим пам ти. Если врем лТ нарушени неравенства (2) меньше Т , то эле iWjItCмент 3 возвращаетс в исходное состо ние раньше, чем срабатывает пороговый элемент 7, и устройство, как это и требуетс , воспримет кратковре менное резкое изменение входного сиг нала как- импульсную помеху, исключив ее из анализа. Если же ..-,.,.., то .ЛЛСдМ: сраоотйет элемент / и подаст сигнал слежени на управл ющий вход 18 филь ра 1 . В результате на выходе усреднител , вход щего в состав ЦФ1, установитс величина, соответствующа новому значению МО процесса х, элемент 3 перейдет в исходное состо ние (единичное) и устройство начнет процесс вычислени оценок т и Оу до тех пор, пока не.по витс следующа импульсна помеха или новый скачок М процесса х. При втом повтор тс описанные процедуры. Важно подчеркнуть Т,«г, скачка что времп запаздывани i оценки отношению к реальному скачку НО входного процесса х равно примерно , т.е. величина запаздывани практически не зависит от параметров устройства, а определ етс априорной информацией о максимальной длительности помехи ... В известных устройствах реакци на скачок МО обычно носит экспоненциальный (плавный) характер и врем за паздывани TU. JQP. может быть оценено зап-. где Тф - экви выражением валентна величина посто нной сглаживани усреднител . Совершенно очевидно , что ,7 Tjgp. При этом в течение времени Т, переход ного процесса оценки (в особенности оценки (J) получаютс на-. столько смещенными, что использование их тер ет смысл. Предлагаемое устройство полностью лишено этого недостатка. грубого определеКогда врем Т | завершаетс , пени оценок ШуИ k замыкает контакты Н реключатель и 16, на управл ющий вход 13 элемента 3 начинает поступать текуща оцен ка СКО (Г, и в течение времени Тд основного анализа устройство-работает согласно решающему правилу IxUKC-J,(3) т.е. устройство адаптируетс к конкретной реализации процесса. Можно показать, что дл оптимальной работы устройства следует выбирать . Заметим, что реализованный cnocotJ отслеживани скачков МО может быть обобщен на случайные процессы с существенно нестационарными дисперси ми и центральными моментами более высоких пор дков. Динамика работы устройства иллюстрируетс на фиг. 3, где на графике ct показан входной случайный процесс с импульсными помехами (А.-/)|) и скачками (В и QQ) , на графиках бив соответственно - текущие оценки mx(t) и6(1). Во врем действи помех (интервалы At - Д) устройство находитс в запоминани , а при возникновении скачков МО устройство отслеххивает их с запаздыванием лТ ДТ (,, гдей. - максимально возможна длительность импульсных помех. Технико-экономический эффект достигаетс за счет предельного уменьшени времени запаздывани и/или величины смещени оценок среднего значени и СКО существенно нестационарных случайных процессов на фоне импульсных помех. Формула изобретени Устройство дл определени характеристик случайных процессов по авт.св.№926686, отличающеес тем, что, с целью повышени точности получени оценок при быстроизмен ющихс среднем и среднеквадратическом отклонени х процесса, в устройство введены преобразователь врем -напр жение и пороговый элемент, выход которого соединен с вторым управл ющим входом центрирующего фильтра , а вход подключен к выходу преобразовател врем -напр жение, вход которого соединен с выходом управл емого двухпорогового элемента. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 926686, кл. G Об G 7/52, 1982 (прототип).2. The input 17 of the converter 6 is connected to the output of element 3, the output is connected to the input of threshold element 7, the output of which is connected to the control input 18 of filter 1. The centering filter 1 and the standard deviation meter 2 are built on the basis of memory averagers. The memory averager has a second (control) binary input, depending on the state of,. Secondly, the averager can operate either in averaging mode or in memory mode. The single value of the signal at the control input corresponds to the averaging mode, and the zero value corresponds to the memory mode. Input 11 of the centering filter 1 input 12 meter 2. (Fig. 1) are the control inputs of the respective averagers included in them. FIG. 2 shows an example of the implementation of a centering filter 1 with the first (informational) input x, the second 11 and the third (additional) 18 control binary inputs. The integrator circuit (resistor 19 and capacitor 20) with a control key 21 at the input and a repeater on the operational amplifier 22 at the output forms a memory averager. The key 21 and the resistor 19 are shunted by the series-connected resistor 23 and the key-24 with the control binary input 18. The normal state of the key 24 is open. The time constant Tf of the circuit, the resistor 23, the condenser, 20 is equal to T. When the key 21 is closed, the output 25 of the amplifier 22 produces an exponentially smoothed input signal, giving an estimate of the input process x. At the same time constant smoothing T 9 - RIO C /. At the output of amplifier 26, a centered process x is formed. The time constant and T / are selected from the condition 1 1 mack, where f. and f - upper and lower / AORC lm the boundary frequencies of the input signal spectrum x. In this case, when the switch 2k closes, regardless of the condition of the switch 21, the voltage on the capacitor 20 and at output 25 of the amplifier 22 quickly tracks changes in the input signal, including and bench MO x. The work of the average with the closed key 2k can be called the tracking mode. When switching the averager from the averaging or tracking mode to the memory mode, the keys 21 and 2k open and at the output of the averager the value of the output parameter, which took place at the moment of the arrival of the Memory command, is stored. After the Averaging command has been received, the key 21 closes and the usual operation of the averager begins, with the initial condition corresponding to the value stored on the averager. The controlled double threshold element (Fig. 1) has information input 1, control input 13, and a binary output which takes a single value if f Scho | KS, and zero if (7Ki ,, where and and are, respectively, the voltage on information 10 and control 13 inputs of element 3J K is constant. Converter 6 has a binary control input 17. With a single value of the input control signal the output voltage of the transducer body 6 is zero. 8. the moment of transition of the control signal of the unit oj to zero value, the output voltage of the converter 6 begins to increase according to a linear law. Consequently, the voltage value is proportional to the time elapsed since the arrival of zero control signal. At the time of the appearance of a single control signal, the output signal of converter 6 returns to its initial (zero) state. Threshold element 7 has a relay characteristic, therefore, if the voltage at its input supplied from converter 6 is less than the threshold value, then the output binary signal is zero if the voltage at the input of the threshold element 7 is greater than the UPO, the output signal is equal to units ™. Thus, it determines the time interval of the RT, between the moment of arrival of the zero signal at the input zovatel 6 and the moment of transition threshold element 7 in a single state. The proposed device (Fig. 1) works as follows. A switch used to disaggregate the time T of a rough (initial) determination of the estimates of the average value of n and the standard deviation of the input process X and the time Td of the main analysis. at the start of operation of the device, closes contacts 1 and 15 and remains in this state for the time Tj-p. In this case, the control input 13 of element 3 receives the maximum value of OAISNSS from source 5 and information input 10, a centered random process from output 8 of the centering filter 1. If the value of the module of the centered input process satisfies the condition, (2) then the output of element 3 the logical unit is held and the centering filter 1 and meter 2 operate in the analysis mode. When a surge occurs in the input process, condition (2) is violated, at the output of element 3 a zero signal appears and the averagers included in filter 1 and meter 2 are switched to memory mode for the duration of the disturbance. At the end of the interference, average a transition to averaging mode. With the appearance of a jump in the MO of the input process x, inequality (2) is also violated. It is possible to make a decision that a leap has occurred, on the basis of a priori information about the maximum duration T (, is a separate ejection. If the time interval is 1, lT, during which the inequality is violated, it is more, i.e., then A jump of MO occurred in size close to 1. In this case, for fast tracking of a jump of MO, a new initial condition corresponding to the new MO value should be made at the moment of time t -1- in the averager, which is part of the centering filter 1. carry out signal to the control input 18 of filter 1 (Fig. 1 and 2) at time t, +., This procedure is implemented automatically with the help of converter 6 and threshold element 7. Threshold voltage 7 is selected as proportional to element on the input. At the time of violation of inequality 2 ) Element 3 is triggered, which triggers the transducer 6 and converts the averagers of the centering filter 1 and the MSE meter into the memory mode. If the time T of violation of inequality (2) is less than T, then iWjItCment 3 returns to its initial state earlier than threshold element 7 operates, and the device, as required, will perceive a short-term abrupt change in the input signal as an impulse noise, eliminating her from analysis. If ..-,., .., then. LLSdM: the element / will be operated and will send a tracking signal to the control input 18 of the filter 1. As a result, at the output of the averager, which is part of ZF1, the value corresponding to the new value of the MO of process x is set, element 3 will go to the initial state (one) and the device will begin the process of calculating the estimates T and Oy until it reaches the limit. next impulse noise or new jump M of process x. At the same time, the procedures described are repeated. It is important to emphasize T, g, jump that the lag time i of the estimate relative to the real jump of the input process B is x approximately, i.e. the latency value is practically independent of the device parameters, but is determined by a priori information about the maximum duration of the interference ... In known devices, the response to a jump in the MO is usually exponential (smooth) and the time for the latency TU. Jqp can be assessed zap-. where Tf is the equivalent expression of the constant constant smoothing value of the averager. It is clear that, 7 Tjgp. At the same time, during the time T, the transitional assessment process (in particular, estimates (J) are obtained on. So biased that their use loses meaning. The proposed device is completely free of this drawback. A rough definition When the time T | is completed, penalty points ShuI k closes the contacts H switch and 16, the control input 13 of element 3 begins to receive the current estimate of the standard deviation (G, and during the time Td of the main analysis, the device operates according to IxUKC-J decision rule, (3) i.e. the device adapts to specific implementation percent It can be shown that for optimal operation of the device one should choose. Note that the implemented tracking of jumps in the MO can be generalized to random processes with significantly non-stationary dispersions and central moments of higher orders. The dynamics of the device are illustrated in Fig. 3, where The ct graph shows the random input process with impulse noise (A.- /) |) and jumps (B and QQ), the bw graphs respectively show the current estimates mx (t) and 6 (1). During interference (intervals At - E), the device is memorized, and when there are jumps in the MO, the device snaps them off with a delay of LT DT (,, where is the maximum possible duration of impulse noise. The technical and economic effect is achieved by limiting the delay time and / or the magnitude of the displacement estimates of the average value and the MSE of significantly non-stationary random processes against the background of impulse noise. Formula of the invention A device for determining the characteristics of random processes according to the author. No. 926686, characterized in that, in order to improve the accuracy of estimating with rapidly changing mean and standard deviations of the process, a time-voltage converter and a threshold element are inputted into the device, the output of which is connected to the second control input of the centering filter, and the input is connected to the output of the time-voltage converter, the input of which is connected to the output of the controlled two-threshold element Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 926686, cl. G About G 7/52, 1982 (prototype).
SxoSxSxosx
в . Xat . X
SHXSHX
-If-If
//
,14,14
16sixteen
J .J.
f3ff3f
ISIS
6(i)6 (i)