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
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-;" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
&Т |
— 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 |
' |
|
|