Устройство для классификации дискретных случайных сигналов Советский патент 1985 года по МПК G06F17/18 

Изобретение относится к вычислительным машинам, в которых часть ВЕаИислений осуществляется с помощью электрических устройств, а именно к устройствам для обработки информа ции специального назначения с точки зрения конструкции вычислительного устройства для сложных математических операций, и может быть использовано в области статистической обработки входных сигналов ив радиотехнике. Подобные известные устройства классификадаи дискретных случайных сигналов являются удовлетво- рительными, когда необходимо обеспе чить сравнительно низкую вероятност прааильной классификации при ограни ченном времени наблюдений. Целью изобретения является Повыиение точности путем устранения зависимостл при классификации сигналов от среднего значения дискретного случайного процесса. На чертеже дана схема предлагаемого устройства. Устройство содержит блок 1 линий задержки, генератор 2 прямоугольных импульсов, первый и второй регистры 3 и 4 сдвига, блок 5 задания пороговых напряжений} коммутатор 6 входных сигналов, весовые сумматоры 7.1-7.К, блок 8.1-8«К вычитания, квадраторы 9.1-9.К, Коммутаторы 10.1-10.К сигнала ошибки, элементы 11.1-11.К памяти, сумматоры 12.112.К, амплитудные дискриминаторы 13.1-13,К,блок 14 сравнения и блок 15 индикации.; Принцип работы устройства основа на использовании метода прогноза значений дискретного случайного процесса и сравнения результатов прогноза с наб;щс;аемьф1и данными, Точность прогноза зависит от степени соответствия используемой при прогнозе математической модели дискретного случайного процесса математической модели фактически наблюдаемого процесса.- Уравнение статистического прогноза получают с исполь зованием математических моделей прОг .ноэируемых сигналов. Прогноз строится иа основе априорнс информации, полученной от определенного числа значений отсчетов диск ретного случай ного процесса. Для изобретения йрогнозироваться будет классифицируемый сигнал, В общем виде предлагается следующая математическая модель для классифицируемого сигнала - ,- -Л.ч .ucn-j, а, 1 1jVO J где наблюдаемая входная последовательность;а,В - весовые коэффициенты; р ,q - порядок модели} G - усиление, С увеличением порядка модели увеличивается степень соответствия математической модели реальному сигналу При сравнении прогнозируемых сигналов с реальными в каналах классификации вырабатываются сигналы ошибок, В том случае, когда проггнозируемый и реальный сигналы описываются одинаковыми математическими моделями, ошибка прогноза оказывается малой и не превьшает наперед заданного порогового уровня. Устройство будет фиксировать наличие сигнала определенного класса. Уравнение линейного прогноза классифицируемого сигнала может быть получено еле- дукицим образом. По известным значениям корреляционной функции R CN3 и заданной математической модели классифицируемого сигнала составляется система уравнений вида RD -s«№t,....,, Rplx-ct RW-a W---«м Г З, (Z) М-«,к1И}-с,..... .Предполагая, что прогноз является несмещенным, выражение для прогнозируемого значения случайного процесса у пЗ на один шаг вперед имеет вид л.. .v( . Коэффициенты а могут быть определены при решении системы уравнений (2J. Предлагаемое устройство классификации дискретных случайиых сигналов включает в себя блок 1 линий задержки с N выходайи, на кадсдом из которых имеется информация о значении дискретного случайного сигнала на предьвдутщх отсчетах. Время, задержки сигналов соответствует времени дискретизации входного случайного процесса. Число отводов блока 1 выбирается из заданного порядка математической модели N. С блока 1 сигналы поступают на сигнальный вход (управляемого) ком мутатора 6 входных сигналов. Коммутатор 6 входных сигналов необходим для одновременного подключения выходов блока 1 к линии задержки к входам весовых сумматоров 7. Время подключения определяется заданньад порядком математической модели вход ного случайного процесса. На управляющий вход коммутатора 6 входньтх сигналов поступает сигнал с выхода первого сдвигового регистра 3. Сигнал с регистра 3 подается на управл киций вход коммутатора 6 входных сигналов который подключает отводы блока 1 линий задержки к входам весовых сумматоров 7. Входньм сигна лом для коммутатора 6 входных сигна лов являются импульсы на выходе генератора 2 прямоугольных импульсов (ПШ)« Длительность импульса на выходе ГПИ равна максимальной длитель ности входного сигнала. С приходом каяЕДОго входного сигнала ГПИ формирует ймяульс, подается на первый регистр 3 сдвига. На выходе весовых сумматоров 7,1-7.К имеем прогнозируемое значение входного сигнала, у п+13. Весовые коэффициенты а- выбиралотся исходя из уравнения (3) оптимального прогноза. Резисторы сумматора 7 использует, зада ные весовые козффициенты а. в выраж нии (3). Для определения принадлежности входного случайного процесса ОДНСЙ4У из К классов в предлагаемом устройстве используется оошбка прогноза, которая равна разности между пришедшим сигналом и прогнозируемым значением процесса 4. уСп+1 - yin-t-tj. Сигнал ошибки прогноза получен на выходе блока 8.1-8.К вычитания. На первый вход блока 8 вычиттания каждого канала поступает сигнал с выхода весового сумматора 7 своего канала классн4 икации. На второй вход блока 8 вычитания поступают сигнаж с входа устройства . Сигнал ошибки арогиоза возводится в квадрат в квадраторах 9.1-9.К. ВоЗве в квадрат сигнал ошибкиlipot ноза поступает на сигнальный вход к оммутатора си гнала ошибки 10,1-10. Управление коммутаторами вкаждсж 354 из К каналов классификации осуществляется с помощью второго регистра 4 сдвига. Входными сигналами для второго регистра 4 сдвига являются импульсы ГПИ 2. Второй регистр 4 , формирует импульсы, с помощью коТо|рых сигнал на выходе квадраторов I9.1-9.К последовательно подключается к элементам 11 памяти. Число накапливаемых сигналов m ошибки прогноза рассчитывается по заданной вероятности правильной классификации. Алгоритм накопления сигнала ошибки осуществляется следующим образом. Сигнал ошибки прогноза с вьпсода квадраторов 9.1-9.К подается на коммутатор сигнала ошибки 10;1-10.К. Сигналы с т-1 выходов коммутатора сигнала ошибки последовательно подключгдатся к tn-l элеиентам 11 памяти. Сигнага.1 с т-1 вькодов элементов 11 памяти подключаются к входу сумматора 12.1-12,К, а выход коммутатора 10 сигнала ошибки непосредственно поступает на вход суьматоров 12..К. Первый сигнал, полученный на вь1зсоде квадраторов 9.1-9,К,поступает через коммутатор 10 сигнала ошибки на первьм элемент 11 памяти, второй сигнал - на второй элемент памяти и так далее. Управляемые сигналы формируются на выходе второго регистра 4 сдвига, у которого число триггеров соответствует числу накапливаемых сигналов. Сигнал с выхода первого триггера поступает на первьй управляем вход, со второго триггера на второй и так далее (на чертеже не показано). С приходом tnr-ro сигнала сигнал с выхода т-го триггера поступает на вход ttr-l элементов t1 памяти и на ш-й вход коммута тора сигнала ошибки 10.1-10,К, Таким образом, на выходе сумматоров 12.1-12.К имеем сумму квадраторов ошибки прогноза. Следует отметить, что использование накопления сигнала оашбки прогноза приводит к более высокой вероятности правильной клас-, еиф|аса1щи. Для увеличения ёероятнос ти правильной классификации достаточно увеличить тп, т,е, добавить веобходимое кошсчестао элементов И памяти ошибки Сигналил с выходов сумматоров 12, Т- 12,К поступают на вход амяштуДного дискрш-шнатора t3, на управляюций вход которого поступают валрржкения с блока 5 задания пороговых напряжений. Величина порога определяетея на основе использования из вестных статистических свойств вход ного сигнала. Как правило, плотност вероятности входного сигнала подчиняется нормальному закону с дисперс ей б и математическим ожиданием, нулюу W(y) е 26 Ч21Г Q Так как прогноз является несмещенным, среднее значение процесса на выходе весовьк сумматоров 7.1-7. равно нулю. Яри вычитании с блоков ,8.1-8.К вычитания двух случайных величин с нулевьм средним значением на выходе имеем ошибку прогноза так же со средним значением, равню нулю Плотность вероятности случайного сигнала на выходе квадраторйв 9.1-9 имеет вид t „о/ ИИГЧ fдО--при У О при у 0 Очевидно, что вероятность правил ной классификации при отсутствии наксятления I-J W,U)dl5, U, 5 величина порогового напряжения, Фактическим параметром различным для каждого из К классов при классификации сигналов в устройстве является сумма квадратов ошибки прогноза. При превышении установленного порогового напряжения величина суммы квадратов ошибки прогноза оказьшается выше заданного значения и входной сигнал будет отнесен к другому классу сигналов. В дискриминаторах 13.1-13.К сравниваются сигналы на выходе сумматоров 12 с пороговыми напряжениями. На выходе дискриминаторов 13.1-13«IJ имеем импульсы с амплитудой, равной амплитуде сигнала на выходе амплитудного дискриминатора и длительностыо, соответствуищей мшссимальному по длительности входному сигналу. В блоке 14 сравнения выбирается максимальный по амплитуде из К классифицируемых сигналов и на блоке 15 индикации загорается светодиод с.номеромj соответствующим классу входного сигнала.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ .КЛАССИ4«КАЩШ ДИСКРЕТНЫХ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее блок линий задержки, вход которого является входом устройства, К индентичных каналов (где К - число классов сигналов), каждый из которых содержит весовой сумматор , блок вычитания, сумматор и амплитудный дискриминатор, опорные входа амплитудных дискриминаторов всех К каналов подключены соответственно к выходам блока задания пороговых напряжений, а жоды амплитудных дискриминаторов всех К каналов соединены соответственно с входами блока сравнения, выход которого подключен к входу блока индикации, отличающееся тем, что, с целыо повышения точности, оно содержит гё нер атор такт о вых импульсов, /первый и второй регист сдвига, коммутатор входных сигналов и каждк из К каналов (К - число классов сигналов) содержит квадратор, коммутатор сигнала ошибки с m выходами, (где m - число накапливаемых сигналов ошибки) и (т-1) элементов памяти, выходы которых в каждом канале подключены соответственно к входам сумматора своего канала, выход которого соединен с информационным входом амплитудного дискриминатора своего канала, выходы блока линий задержки подключены соответственно к информационньм входам коммутатора входных сигналов, каждый выход которого подключен к одноименньм входам весовых сумматоров всех каналов, выход весового сумматора каждого канала соединен с первым в;ходом блока вычитания своего канала, а выход , блока вычитания через квадратор своего канала подключен к информационно(Л му входу коммутатора сигнала ошибки своего канала, (т-1) выходов которо го соединены с информационными входами (т-1) элементов памяти своего канала, а т-й выход - с соответствуюошм входом сумматора своего канала, остальные входы сумматора подключены к выходам () элементов памяти О5 своего канала, входы первого и втоо рого регистров сдвига объединены 4 и Подключены к выходу генератора СО тактовых импульсов, вход которого СП объединен с входами блоков вычитания всех каналов и входом блока ЛИНИЙ задержки, выход первого регистра сдвига подкшочен К управляющему входу коммутатора входных сигналов, m выходов второго регистра сдвига подключешл к управляющим входам соответственно коммутаторов сигнала ошибки, а т-и выход - к управляюцш входам элемент тон памяти .всех каналов устройства.j