Файл: Хомяков Э.Н. Вопросы статистической теории оптимальных измерительных систем. Основание для расчета и проектирования.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 137

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

7 . И . О П Т И М А Л Ь Н Ы Е О Ц Е Н К И С Т А Т И С Т И Ч Е С К И Х Х А Р А К Т Е Р И С Т И К Р Е З У Л Ь Т А Т О В С Р А В Н Е Н И И ШКАЛ В Р Е М Е Н И И ЧАСТОТ

Р е з у л ь т а ты -сеанснмх сличении мер времени и частоты пред­ ставляют собой случайный процесс, который на интервале време­ ни наблюдении можно представить в вчде

Где

A ( i j

- -

среднее значение

процесса

(по

а н с а м б л ю

р е а л и з а ц и и ) ,

аппроксимируемое

полиномом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A t t ^ E

 

X k t

;

 

 

 

 

 

С7.156)

 

 

коррелированные

флуктуации

действительных

значе­

 

n(t)

 

ний

сличаемых

 

мер;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

белый

гауссовый

 

шум ошибок

сличения

мер,

обуслов­

 

 

 

ленный наличием помех в к а н а л а х

связи,

а т а к ж е

соб­

 

 

 

ственными шумами приемо-измерителыюго" устройства.

 

Наиболее просто решается вопрос об оценке

спектральной

плот­

ности мощности белого шума ошибок сличения мер, если

имеется

возможность Произвести несколько сеансов синхронизации

за

вре­

мя

корреляции

флуктуации

q>(t). При этом центрирование

процес­

са

y(t)

позволяет" выявить

 

 

быстрые

 

флуктуации,

т. е. шум

 

n(i). ,

Обозначив

центрированный

на интервале

с

- т

)

процесс

через

$ ( ( ) , запишем

аналогично

 

выражению

(7.94)

 

 

 

 

 

 

 

В качестве

первого

приближения

к

оценке

 

может

с л у ж и т ь

Величина

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

N.

=

 

- А - ;

р

 

^-

'

'

 

WW)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где <з-л

дисперсия

оптимальной'

 

оценки

. р а с х о ж д е н и я

 

ш к а л

 

 

 

времени-;"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

— дискретность

сеансов сличения мер (интервал

време­

 

 

 

ни

выборки) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценка параметров среднего значения, найденная с использо­

ванием метода максимального правдоподобия, равна

 

 

 

причем

 

 

— элеменмт

 

матрицы, обратной

по отношению

к

м.ат-

рице Ф

с

элементами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1 7


 

 

тТ тТ *

 

 

 

 

 

Ч к

1

\

\

A k 4 t , t ) t k V

At

 

d r

tttfo)

 

о

о

 

 

 

 

 

 

К р о ме того,

 

 

 

 

 

 

 

4

 

Т Т

 

^)

 

dt d t

WW

Ч> = l\ k\i,tW

 

i

 

00

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С?. (A!)

' A U , i r ) - < j U ) J W > .

 

 

 

К о р р е л я ц и о н н а я

ф у н к ц и я о ш и б к и

о ц е н к и

п р о ц е с с а -X(t) б у д е т

R

. c

t

=

V 4 t

*

v

,

С7.йз)

 

А

 

 

k,j,o

k >

 

 

 

 

так что

ч

П а р а м е т

р ы ^ , £ корреляционной функции вида (4.144) оце­

ниваются с

использованием соотношений

 

T rT

3 A c t , t ) * - t .

(1 _ ,

 

 

gg

J

 

 

 

-

п ъ *> - s * k t k ]

 

t > - i v

] « a . * .

• Дискретные

алгоритмы

оценок параметров

корреляционной

функции приведены в п. 4.8.

 

Дискретизация соотношений (7.140,

7.141)

дает

 

 

 

'

k J -

1,Ы

(.7.147)


С вычислительной точки зрения алгоритмы (7.139) —(7.146) достаточно сложны . Д л я обработки данных целесообразно исполь­

зовать ! U;BM.

 

7.12. BOfiP0(%i ^ГАТ'НСШЧЁС\(ОГО

Э Т А Л О Н И Р О В А Н И Я

 

 

Е Д И Н И Ц Ф И З И Ч Е С К И Х В Е Л И Ч И Н

 

 

\Пр.и,оТ1!Вимальиой\rpymidBnfr обработке информации,

алгоритмы

,,.KQ'f.opi<ftH приведены. ви-гитове 5,-следует

о ж и д а т ь наилучшего

потаи

^ е и и я

Ш У М О Й , АОпутсрВ'ующнх наблюдеииям . Это свойство

тем са­

мым

целесробр^№~йспольУовать в р е ш е н и и

проблемы

"эталойнро-

вания. в^метрологии'.

 

 

целое, при­

Групповыв!эталоны, рассматриваемые как

единое

званы обеспечить более высокую точность формирования и воспро­

изведения, единицы измерения,

а т а к ж е

большую степень

ее по­

стоянства (стабильности) при хранении.

И з общеизвестных

груп­

повых эталонов следует назвать

эталон

вольта и эталон единицы

астрономического времени (секунды) [57]. В групповых эталонах большую роль играет способ обработки информации при комбини­ ровании эталонов-свидетелей. Трудно согласиться с постулирова­

нием алгоритма этой обработай

в виде

простого

среднего арифме ­

тического (эталон в о л ь т а ) , либо

в виде

взвешенного

среднего ариф ­

метического (эталон секунды всемирного времени) .

В книге [55]

встречаем утверждение, что «существуют групповые

эталоны

в ви­

де группы мер или измерительных приборов,

применяемых

как

единое целое. В этом случае значение единицы определяется как

среднее

арифметическое, полученное с помощью устройств, состав

л я ю щ и х

группу». Здесь ж е наводим фразу о том,

что

«единица

времени

и частоты воспроизводится совместно несколькими

инсти­

тутами,

входящими

в единую Государственную с л у ж б у

времени и

частоты

с центром

во В Н И И Ф Т Р И » . .

 

 

 

Групповые эталоны о б л а д а ю т трудно оспоримыми

преимуще ­

ствами

перед одиночными. Важнейшее среди них

предельно вы­

сокая (что и требуется от эталона) точность ф о р м и р о в а н и я

едини­

цы измерения. Аттестация такого эталона заключается

в

получе­

нии статистических

выводов относительно качества

формирования

единицы на основе теории статистических решений. Аттестация же одиночных эталонов сопряжена с принципиальными трудностями, вызывающими порой ошибочные мнения о непогрешимости пер­ вичных образцов .

219



Основное возражение ж е против

групповых эталонов

сводится ~

к утверждению, что один неважный

экземпляр может сделать та­

кой эталон по качеству хуже одного

из эталонов-свидетелей. Интуи­

тивно

ясно, что при правильном

исключении систематических рас­

хождений единиц, формируемых

эталонами - свидетелями

приблизи-

т с л ы ю

одинакового статистического

качества, такого

явления не

будет.

'

 

:

' .

 

В последнее время высказываются соображения как в пользу группового эталонирования единицы атомного времени, та.ч и про­

тив него. Учитывая высокое,

качество и практическую

отработан­

ность

цезиспых генераторов,

X I I I М е ж д у н а р о д н а я

конференция по

"весам

и мерам

(октябрь 1967

г.) приняла в качестве «атомной се­

кунды

продолжительность 9192631770 периодов колебаний излуче­

ния, соответствующего

резонансной

частоте

энергетического пере­

хода F= 4-; rnF«= 0 ** F=3 ; т . р

= о

между

двумя

сверхтонкими

уровнями основного состояния атома цезия

133^ не

возмущенно­

го внешними

полями»

[57].

 

 

 

 

 

С другой стороны, в открытой зарубежной печати появляются работы [108,109,110], в которых указывается на необходимость н возможность координации метрологических лаборатории, осна­ щенных атомными генераторами, с целью создания усредненной (более равномерной, надежной и точной) шкалы атомного времени. В них отмечается ряд трудностей, стоящих на пути решения этой проблемы. Основной нз них считает"»! недоверие к методам груп-

'пог.ого эталонирования, нежелание преобразовывать индивидуаль­ ные ш к а л ы под единую систему. В работ? [108] встречаем следую­ щие высказывания: «Из-за проблем, обсужденных в разделе ГШ, большинство лабораторий, которые располагают собственными

атомными ш к а л а м и , совершенно не

расположены

к преобразова­

нию их

шкй.т noci)e и'твом

^вызывающих сомнение

данных и мето-_

Д'ов. Из

всех проблем, стоящих" перед координацией, эта представ-"

ляет наибольшую трудность. Методы

построения усредненной шка­

лы времени нельзясчитать

уже отработанной процедурой. М о ж н о

лишь указать, что краппе

высокая

надежность и

исключительное

удобство тесно скоординированной системы времени могли бы по­ будить лаборатории к более тесной координации для достижения указанных выше целей».

Компромиссное решение данной проблемы представляется оче­ видным, если учесть возможность многошкального хранения атом­ ного времени в рамках каждой лаборатории .

Методы обработки при создании средней шкалы требуют при­

стального внимания. Как отмечалось выше, эта задача

вписывается

в Гранины более, общей проблемы статистического

синтеза

опти-

мальны> алгоритмов совмещенной обработки информации.

 

Конкретизируем задачу статистического эталонирования

единиц

физических величин. Рассмотрим совокупность шкал атомного вре­

мени и предположим,

что в любой

момент имеется возможность

измерить

их взаимное

расхождение

с некоторой ошибкой. Выбрав

220

'