Устройство для определения энтропийных характеристик случайных сигналов Советский патент 1984 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к устройствам, предйазначенным.для исследования статистических характеристик случййньк сигналов, и может быть использовано построении, аппаратуры для оценки отклонения шумовых сигналов от гауссовского белого Ц1ума.

Известен знтропим тр, содержащий коммутат р вычитшощие и суммирующий счетчики регистры сдвига, счетчик числа отсчетов, блок памяти значений , сз мматор и блок управления..

Принцип работы энтропиметра заключается в следующем. Определяются вероятности р, путем подсчета числа отсчетов исследуемой последо1вательности, попавших в -и амплитудный интервал. При переполнении счетчика числа отсчетов значения р , сформированные в регистрах сдвига, поступают в блок памяти, являясь адресами соответствующих ячеек с величинами pjloRjp, которые поступают далее на сумматор, где вычисляется значение ЭНТРОПИИ ft.

Недостаток данного энтропиметра - узкие функциональные возможноети; позволяющие определять только одномерную энтропию.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для опредцеления энтропийных характеристик случайных сигналов,. содержащее гейератор тактовых импульсов, счетчик числа отсчетов, аналого-1914Ч овой преобразователь, первьй вход которого является входом устройства а второй вход объединен с входом счетчика числа отсчетов и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, блок, определения функцш плотности вероятности, первый вход которого соединен с выходом аналого-циф| ового преобразовател второй вход - с вшодом счетчика числа отсчетов, первый блок постоянной памятке, ёхЬд которого подключен к выходу блока определения функхрш плотности вероятн.ости, а выход через последовательно соединенные сумматор и коммутатор подключен к индикатору, а тдкже второй блок постоянной памяти, входом подключенный к выходу сумматора 6, а первым выходом - к. второму входу коммутатора 2

Недостаток известного устройства - узкие функциональные возможности,, обусловленные определением только одномерной энтропии и одномерного энтропийного коэффициента качества шума.

Одномерный энтропийный коэффициент качества шума дает возможность оценить только вид распределения исследуемого сигнала, для нормального закона распределения вероятностей он равен единице и меньше единицы для других законов распределения.

Однако одномерный коэффициент не позволяет оценить спектральную плотность мощности сигнала.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за.счет обеспечения определения двумерной энтропии, двумерного текущего энтро пийного коэффициента качества шума и двумерного усредненного энтропийного коэффициента качества шума.

Двумерная энтропия( Н (t) вычисляется по формуле

(.,vi;,).xl,,

где ,x-,tK

(.,Xi-.xie.kVT,;.

- -

с кТд - интервал задержки

между отсчетами. у«. у

л, Aj,

.,2,...,m- номер интервала

задержки, TQ - шаг дискретизации

процесса.

Двумерный текущий энтропийный коэффициент 5 для данного интерваа задержки l вьиисляется по фор , а усредненный

муле : I

. . энтропийный коэффициент вычисляется по формуле

г

J т

sSo-v

в отличии от одномерных характеристик двумерного энтропия Н (2j.) и текущий коэффициент качества шума Ч несут информацию не только о виде распределения вероятностей, но и о спектрально-корреляционных свойствах сигнала, а усредненный энтропийный коэффициент 2 отражает полосовые свойства Спектральной плотности мощности: он приближается к епинице при увеличении ширины по лосы и соответствунидем уменьшении коррелированности случайного сигнала Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения энтропийньгх характеристик случайных сигналов, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом счетчика числа отсчетов и с тактовым входом анапо1 о-цифрового преобразователя, ин- формацнонный вход которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым информационньм вг-одом блока определения функции плотности вероятности, выход которого через первый блок постоянной памяти подключен к первому суммирующему счетчику, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора и входом второго блока постоянной памяти, первый выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого подключен к блоку индикации, содержит счетчик кода задержки блок управляемой задержки, второй суммирующий счетчик и блок усреднени выход которого соединен с третьим , информационным входом коммутатора, вход блока усреднения подключен к выходу второго суммирующего счетчик вход которого соединен с вторым информационным выходом второго блок постоянной памяти, при этом выкод счетчика числа отсчетов подключен к ухфавлякицему входу блока определени функции плотности вероятности, второй информационный вход которого соединен с выходом блока управляемо задержки, информационный вход котор го подключен к выходу аналого-цифро вого преобразователя, а управляющий вход блока управляемой линии задерж Соединен с выходом счетчика кодов задержки. На фиг. 1 и 2 представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 2 числа отсчетов, аналого-цифровой преобраз ватель 3, первый вход которого является входом устройства, а второй вход объединен с входом счетчика 2 числа отсчетов и подключен к выхо 84 ду генератора 1 тактовых импульсов, блок 4 определения функций плотности вероятности, первый:.вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 3, второй вход - с выходом счетчика 2 числа отсчетов, блок 5 постоянной памяти, вход кото-, рого подключен к выходу блока 4, а выход через последовательно соеди- ненные суммирующий счетчик 6 и коммутатор 7 подключен к блоку 8 индикации, а также блок 9 постоянной памяти, входом подключённый к выходу счетчика 6, а первым выходом - к второму входу коммутатора 7 счетчик 10 кода задержки, блок 11 управляе- . мой задержки, суммирующий счетчик 12 и бло|с 13 усреднения, причем информационный вход блока 11 управляемой с,оединен с выходом аналого-цифрового пре1эбразователя 3, управлякяций вход - с выходом счетчика 10 кода задержки, а выход подключен к третьему входу блока 4 определения функции плотности ве--роятности, причем второй выход второго блока 9 постоянной памяти соединен с входом счетчика 12, выход которого подключен к входу блока 13 усреднения, выходом соединенного с третьим входом коммутатора 7. Работа устройства включает в себя m циклов, в которых определяются значения текущих двумерных знтропийных коэффициентов качества шума Г (k) ДЛЯ интервалов задержки Сц кТ (к 1,2,.,.,т) после чего вычисляется значение усредненного коэффици (Исследуемый случайный сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где формируются цифровые отсчеты с шагом дискретйзации Тд. который задается генератором 1 тактовых импульсов. Цифровые птсчеты исследуемого случайного сигнала поступают на первый вход блока А определения функции плотности вероятностей непосредственно и на третий этого блока через блок И управляемой задержки, построенной на оперативного запоминающего Устройства, В блоке 4 для кажцой пары отсче- , тов Х, X:, разделенных интервалом задержки с , опредепяются значения совместной плотности вероятностей W (X;, Х- 2,5 ). . Количество отсчетов. анализируемых за один цикл работы устройства, определяется разрядностью п счетчика 2 числа отсчетЬв, а максимальный ивтервал задержки тТ зависит от разрядности m счетчика 10 кода задержки.. . . Цосле прохождения П отсчетов в счетчике 2 вырабатывается импульс переполнения, разрешакяций вьщачу значений V (Х{, Х: , & к ° первый блок 5 постоянной памяти и одновременно .увеличивающий содержимое счет чика 10 кодавь орки на единицуj по готавливая его к следукицему циклу. Из блока 5 постоянной памяти считываются значения; хранящихся в нем ,x;,2K) W (xi,i ,, поступакицие далее на счеТчик 6, где вычисляются значения двумерной энтропии Н (2) для К-ого интервала задержки. Значение Н ( поступает в блок 9,памяти, гдехранятся значе ния двумерного коэффициента качества myMaj jj . Значение 1 (t() поступа ет на второй сумматор 12. Накоппенное в счетчике 12 после т циклов з.начение делится на мв блоке 13 усреднения и получаемое значение 786 усредненного коэффициента качества , 1 : Г Г через коммутатор 7 посту км- пает на блок 8. Кроме Того,на блок 8 через коммутатор 7 поступают от блока 6 значения двумерной энтропии Н CU) и от блока 9 значения текущего энтропийного коэффициента Z |. , Положительный эффект достигается за счет введения в известное устройство для определения энтропийных характеристик случайных сигналов счетчика 10.кода задержки, блока 11 управляемой задержки, счетчика 12 и блока 13 усреднения, которые обеспечивают ошэепеление двумерной энтропии Н (t), текзоцего двумерного энтропийного коэффициента и усредненного двумерного энтропийного коэффициента i . Эти характеристики являются эффективными числовыми критериями качества случайных сигналов, отражающими каквид распределения, так и корреляционно-спектральные свойства сигналов. Технические испытания предлагаемого устройства показали его дополнительные функциональные возможности при оценке качества коррелированного шума.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНТРОПИЙНЬК ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом счетчика числа отсчетов и с тактовьм входом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первымИнформационным входом блока определения функции плотности вероятности, выход которого через первый блок постоянной памяти подключен к первому суммирующему счетчику, выход которого соединен с первым информа1щонным входом коммутатора и входом второго блока постоянной памяти, первый выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого подключен к блоку индикации, отл ич ающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения двумерной- энтропии и двумерных энтропийных текущего и усредненного коэффиирентов качества шума, оно Содержит счетчик кода задержки, блок управляемой задержки, второй суммирующий счетчик и блок усреднения, 9 выход которого соединен с третьим информационным входом коммутатора, а вход блока усреднения подкл«очен к выходу второго суммирующего счетчика, вход которого соединен с вторым информационным выходом второго блока постоянной памяти, при этом выход счетчика числа отсчетов подключен к 9 управляющему входу блока определения функции плотности вероятности,второй Х информационный вход которого соединен с выходом блока управляемой задержки, X информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход блока управляемой линии задержки соединен с выходом счетчика кодов задержки.