Устройство для классификации случайных сигналов Советский патент 1986 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к вычислительной технике, радиотехнике и связи и предназначено для определения типа случайного сигнала в радиотехнических системах.

Цель изобретения - повьщание точности и надежности классификации.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства для классификации случайных сигналов; на фиг.2 - схема трех- канального блока сравнения; на фиг,3 схема блока выбора решения; на фиг.4 схема блока анализа; на фиг.5 - схема блока принятия решения; на фиг.6 эгаоры напряжений, поясняющие работу устройства.

Устройство для классификации случайных сигналов (фигЛ) содержит два полосовых фильтра 1 и 2, коммутатор 3, блок 4 определения (измеритель) корреляционной функции, генератор 5 пилообразного напряжения, блок 6 задания эталонных напряжений, блок 7 определения (измеритель) плотности вероятности, счетчик 8 пиков автокор реляции, блок 9 синхронизации (синхронизатор), три цепочки lOj-lOj, блок 1 выбора решения, блоки 12 и J3 анализа, блок А принятия решения регистратор 15.

Цепочки 10 (фиг.2), содержат три узла 16 -163 определения модуля разно с ти три узла 17,-17д интегриров.а- ния и три схемы 18,-18э сравнения.

Выходы полосовых фильтров 1 и 2 СО

единены с информационшэми входами (электронного) коммутатора 3, выход которого соединен с входами измерителя 7 плотности вероятности и измерителя 4 автокорреляционной функции выход измерителя автокорреляционной функции соединен с информационным

входом счетчика 8 пиков автокорреляции, выход счетчика 8 соединен с информационным входом пернюго блока 12 анализа, оба выхода блока 12 анализа соединены с соответствующими входами блока 14 принятия решения, выход измерителя 7 плотности вероятности соединен с информацион- ными входами узлов 16,-16 j цепочек 10, входы эталонов которых соединены с соответствующими выходами блока б задания эталонных напряжений, vnoas- ляющий вход блока 6 задания эта лонных напряжений, соединен с выходом генератора 5 пйлообраз- ного напряжения, вход которого

842

соединен с первым выходом синхронизатора 9 и управляющим входом счетчи/ка 8,, второй выход синхронизатора 9 соединен с входами сброса узлов 17 и rтeгpиpoвaния цепочек 10, три выхода цепочек 10 соединены с соответствующими информационньп-ш входами блока П выбора решения, инфор- маи;ионньш выход блока 1 1 соединен с информационньм входом второго блока

13анализа, выходы которого соединены с соответствующими входами блока

14принятия решения, три управляющих входа которого соединены с соответ- ствуюп ми управляющими выходами блока 11 выбора решения, управляющие входы измерителя 4 автокорреляционной функции и измерителя 7 плотности вероятности соединены с выходом генератора 5 пилообразного напряжения, первый и второй управляющие входы кo fмyтaтopa соединены соответственно с соответствуюш ми выходами синхронизатора и первым и вторым уп- равля11Ш1Ими входами обоих блоков 12

и 13 анализа, третий и четвертый управляющие входы блоков анализа подключены к соответствующим выходам синхронизатора, последний выход синхронизатора 9 подключен к управляющему входу блока 11 выбора решения, выходы, блока 14 принятия решения соединены с соответствующими входами регистратора 15,

Устройство работает следующим образом.

Полосовые фильтры и 2 настроены на частоты, отличающиеся на величины не менее полосы пропускания.

Коммутатор 3 подключает поочередно на время одного такта выходы фильтров и 2 к входам измерителя 7 плотности вероятности и измерителя 4 автокорреляпионной функции.

Измеритель 4 автокорреляционных функций вырабатьшает импульсы напряжения, периодичность следования которых соответствует периодичности автокорреляционной функц1 1и выходного напряжения фильтров.

Параметры измерителя автокорреляционной функции: - 1000 мкс: 2&f 2 МГц.

Изменяя потенциалы вертикальных пластин фу1п :циокальной трубки можно изменять форму эталонного напряжения (закона распределепия).

3

Измеритель 7 плотности вероятност вьфабатывает импульсы напряжения, форма которых соответствует форме закон распределения вероятности выходного напряжения фильтров.

Цепочки О осуществляют сравнение импульсов напряжения соответствующих измеренной плотности вероятности и эталонному напряжению, вырабатывая напряжение, величина которого пропор циональна величине

лр(х) / (p(x)-p (x)jdx.

Блок II выбора решения (фиг.З) вы носит единственное решение при четырех возможных комбинациях выходных сигналов цепочек 10. Этот блок состоит из шести элементов НЕ 19-24, из трех элементов И-НЕ 25-27, трех триг геров 28-30 и элемента ИЛИ 31. Блок имеет информационные входы 1-3, управляющий вход 4, з равляющие выходы 1-3 и информационный выход 4, причем управляющие выходы соответствуют ин- формационным входам тех же номеров.

Например, пусть сигналы появились на входах J и 2 блока II выбора решения. Тогда сигнал появится на выходе элемента НЕ 23. При этом на всех трех входах элемента И-НЕ 27 будут существовать сигналы соответственно появится сигнал и на его выходе. Этот сигнал подают на вход элемента НЕ 24 и на его выходе появится сигнал. На выходах элементов НЕ 20 и 22 сигналов не будет. Сигнал появится на управляющем выходе 3 и на информационном выходе 4 блока 11. Эта ситуация соответствует принятию решения о соответствии измеренного напряжения плотности вероятности эталону № 3.

Схема блока выполнена на микросхемах 155 серии.

Блоки 12 и 13 анализа (фиг.4) включают в себя четьфе ключа 32-35, два триггера 36-37, один сумматор 38 и один элемент НЕ 39.

Электронные ключи 32 и 34 пооче- редно подключают информационный вход блока анализа к информационным входам триггеров 36 и 37, осуществляющих запоминание результатов измерения на каждом такте измерения. Вхо- ды сумматора 38 одновременно с помо- шью электронных ключей 33 и 35 подключаются к выходам триггеров 36 и

5

10

t5 20 5

о

5

0

5

0 5

84

37 после окончания второго такта классификации.Если сигналы (единицы) появляются на обоих входах сумматора 38, сигнал на его выходе переноса (выход Pj)обращается в. нуль и соответственно появляется сигнал (единица) на выходе 2 блока анализа. В случае появления сигнала только на одном из входов сумматора 38, появляется сигнал (единица) на его выходе суммы (выход S). Входа I - 4 являются управляющими входами. Выход 1 блока анализа является выходом суммы(8), а выход 2 - выходом переноса (Р).

Схема блока анализа выполнена на микросхемах 155 серии.

Блок 14 принятия решения (фиг.5) производит совместную обработку выходных сигналов обоих блоков анализа. Он состоит из двух сумматоров 40 и 41, двух элементов НЕ 42 и 43 и семи, ключей 44-50, причем первого 40 сумматора соединены с вьгходами . суммы (выходы 1) первого и второго блоков анализа, а входы второго сумматора соединены с выходами переноса (выходы 2) -первого и второго блоков . анализа.

Входы 1 - 3 блока принятия решения являются управляющикт, а входы 4 - 7 - информационными.

Пусть, например, сигналы появились на входах 4 и 5 блока J4 принятия решения, тогда появится сигнал на выходе переноса сумматора 40 и соответственно на выходе первого элемента НЕ 42, и при наличии сигнала на управляющем входе 1 появится сигнал на выходе ключа 45.

Функциональные ysjai блока принятия решения вьтолнены на микросхемах 155 и 284 серий.

Регистратор предназначен осуществить визуальную индикацию класса случайного сигнала и выполняется с использованием лампочек накаливания, светодиодов, индикаторов на жидких кристаллах и др.

Конкретные данные, выдaвae ft Ie регистратором, устанавливаются в процессе настройки (обучения) классификатора.

Полный цикл классификации состоит из двух тактов. На первом такте измеряются плотность вероятности и автокорреляционная функция процесса на выходе фильтра 1, на втором - на выходе фильтра 2. На каждом из тактов производится сравнение напряжений, генерируемых блоком эталонных напряжений, и напряжения, соответствующе- го измеренной плотности вероятности, а также подсчет числа пиков автокорреляции. В результате в конце каждого такта классификации на выходе блока 11 выбора решения вырабатывается напряжение, соответствующее тому эталонному напряжению, которое по форме наиболее близко к форме напряжения, даваемого измерителем 7 плотности вероятности, а на выходе счетчика 8 вы- рабатывается напряжение, указьшающее на многопиковый или однопиковый характер автокорреляционной функции. Эти напряжения поступают на блоки I2 и 3 анализа. После окончания второго такта классификации в блоке анализа осуществляется междутактовая обработка сигналов, полученнътх на каждом из тактов. Сигналы с выходов двух блоков 12 и 13 анализа поступают на входы блока 14 принятия решения, в котором осуществляется совместная обработка сигналов, полученных в результате вероятностного, корреляционного и спектрального анализов входного процесса, В результате выносится решение о классе действующего сигнала.

Рассмотрим функционирование устройства на примере следунщих сигна- лов: периодическая последовательность радиоимпульсов и шумовой сигнал.

Сигнал - последовательность радиоимпульсов (фиг.ба,1).

При запуске устройства классификации синхронизатор 9 формирует напряжение для синхронизации работы генератора 5 пилообразного напряжения, управляет коммутатором 3, который подключает фильтр (, ) 1 к входам измерителей 7 плотности вероятности и автокорреляционной 4 функции. Начинается первый такт классификации. Напряжение на выходе измерителя 7 плотности вероятности имеет ви,ц группы из трех импульсов различной амплитуды (фиг.6а,3). Эталонные напряжения имеют вид, указанный на фиг.ба, 4-6. Напряжение на выходе измерите- ля 4 автокорреляционной функции имеет вид периодической импульсной последовательности (фиг.ба,7).

Схема выбора вьфабатьтает сигнал на управляющем и информационных выходах, соответствующий эталону для пе-- риодической импульсной последовательности (фиг.ба,8). Этот сигнал запоминается в блоке анализа (фиг.ба,9). Одновременно на выходе счетчика 8 появится сигнал (фиг.ба,10), поскольку число пиков автокорреляции более одного. Этот сигнал запоминается в первом блоке анализа. Первый такт классификации на этом заканчивается. Начинается второй такт классификации. Синхронизатор 9 повторно запускает генератор 5 пилообразного напряжения, комм:7татор 3 подключает измерители плотности 7 вероятности и автокорреляционной 4 функции к фильтру 2 (Р,)В силу узкополосности входного сигн,ала5 напряжение на выходе фильтра 2 отсутствует; плотность вероятности и автокорреляционная функция имеют нулевые значения. Сигналы на входах блоков а11ллиза отсутствуют (фиг.ба 11 такт).

По окончании второго такта синхронизатор 9 замыкает ключи 32 и 35 в блоках 12 и 13 анализа и сигналы поступают соответственно на входы сумматоров 38 в каждом из блоков 12 и 13 анализа. На выходах суммы обоих блоков появится сигнал (фиг.ба,11,12), а на выходах переноса сумматоров напряжение отсутствует. Сигналы первого и второго блоков 12 и 13 анализа суммируются в блоке 14 принятия решения. На выходе переноса первого 40 сумматора блока 14 принятия решения появится сигнал. На остальных выходах сумматоров 40 и 41 сигналы отсутствуют. Присутствие сигнала на управляющем входе 1 блока 14 принятия решения открывает через ключ 45 этого блока выход на индикацию импульсного периодического сигнала (ИПС).

В умовой сигнал (фиг, 6б. I ) .

С уч:етом широкополосности спектра частот входного процесса на выходах фильтров 1 и 2 ( Р, и Ф ) будет напряжение. Измеренные плотности вероятности на обоих тактах классификации имеют вид гауссовой кривой (фиг.6б,3), а автокорреляционная функция имеет вид одиночного импульса (фиг.6б,7). Поэтому после второго такта классификации сигнал вырабатывается только на выходе переноса второго блока 13 анализа и на втором управляющем выходе блока 1 выбора решения (фиг.6б,8). При подобной комбинации входных сигналов блок 1А при нятия решения открьюает путь для индикации шумового широкополосного сигнала.

Ф о р мула изобретения

Устройство для классификации случайных сигналов, содержащее блок определения корреляционной функции, блок определения плотности вероят- ности и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьппе- ния точности и надежности классификации, оно содержит коммутатор, блок задания эталонных напряжений, три це- почки, состоящие из последовательно соединенных узла определения модуля разности, узла интегрирования и схемы сравнения, блок выбора решения, счетчик, первый и второй блоки анали- за, блок принятия решения, генератор пилообразного напряжения, синхронизатор и первый и второй полосовые фильтры, входы которых являются соответственно первым и вторым входами исследуемых сигналов устройства, а выходы подключены соответственно к первому, и второму информационным входам коммутатора, выход которого соединен с информационными входами блока определения корреляционной функции и блока определения плотности вероятности, выход генератора пилообразного напряжения соединен с синхровходами блока определения корреляционной функции, блока определения плотности вероятности и входом запуска блока задания эталонных напряжений, выходы которого соединены соответственно с первыми информационными входами уз- лов определения модуля разности всех цепочек, вторые информационные входы

которых объединены и подключены к вы- t

ходу блока определения плотности вероятности, а первый выход синхронизатора подключен к входам сброса узлов интегрирования трех цепочек, второй выход синхронизатора подключен к синхронизирующему входу генератора пилообразного напряжения и тактовому вхо- ду счетчика, счетный вход которого соединен с выходом блока определения корреляционной функции, а выход подключен к информационному входу первого блока анализа, первый и второй управляющие входы которого объединены с первым и вторым управляющими входами второго блока анализа, электронного коммутатора и подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока синхронизации, пятый и шестой выходь5 которого соединены соответственно с третьими и четвертыми управлякйцими входами первого и второго блоков анализа, выход переноса и информационный выход каждого из которых подключены соответственно к первому и второму входам переноса и первому и второму информационным входам блока принятия решения группа выходов которого соединена соответственно с группой входов регистратора, а первый, второй и третий управ- ляющие входы блока принятия решения подключены соответственно к трем управляющим выходам блока выб.оря решения, синхровход которого подключен к шестому выходу синхронизатора, а первый, второй и третий информационные входы блока выбора решения соединены с выходами схем сравнения трех цепочек, при этом блок выбора решения содержит три триггера, выходы которых являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими выходами блока, элемент ИЛИ, выход которого является информационным выходом блока выбора, шесть элементов НЕ и три элемента И-НЕ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего элементов НЕ, а выходы элементов И-НЕ соответственно через четвертый пятый и шестой элементы НЕ подключеш 1 к входам элемента ИЛИ и первым входам триггеров, вторые входы которых объединены и образуют синхровход блока выбора, вход первого элемента НЕ объединен с вторыми входами второго и третьего элементов И-НЕ и является первым информационным входом блока, вход второго элемента НЕ объединен с вторым входом первого и третьим входом третьего элемента И-НЕ и является вторым информационным входом блока, вход третьего элемента НЕ объединен с третьими входами первого и второго элементов И-НЕ и является третьим информационным входом блока выбора, при этом каждый блок анализа

состоит из cyhfMaTopa, прямой вщход которого является информационным выходом блока, а инверсный - через элемент НЕ образует выход переноса блока, четыре ключа и два триггера, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, а выходы подключены к информационным входам соответственно третьего и четвертого, ключей, выходы которого соединены соответственно с входаьм первого и второго слагаемых сумматора, информационные входы первого и второго ключей объединены и являются информационным входом блока управлдаощие входы первого и второго ключей являются соответственно первым и вторьм управляющими входами блока анализа, а попарно объединенные вторые входы первого и второго риггеров и управляющие входы третьего и четвертого ключей являются соответственно третьим и четвертым управляющими входами блока анализа, блок принятия решения содержит первый и второй сумматоры, первые и вторые входы которых являются соответственно с первого по четвертый информационными в содами блока, семь ключей, выходы которых образуют груп- пу вьгходов блока и два элемента НЕ, входы которых соединены с выходами переноса соответственно первого и второго сумматоров, управляющие входа первого, второго, третьего и четвертого ключей объединены и являются первым управляющим входом блока, информационные входы первого и шестого ключей объединены и подключены к выходу сукмы первого сумматора, а выход первого элемента НЕ подключен к информаи онному входу второго ключа, информаиэ онные входы третьего и пятого ключей объединены и подключены к выходу суммы второго сумматора, выход второго элемента НЕ соединен с информационными входами четвертого и седьмого ключей, управляющий вход пятого ключа является вторым управляю- гчим входом блока принятия решения, а

втравляющие входы шестого и седьмого ключей объединены и образуют третий управляющий вход блока принятия решения .

Изобретение относится к области вычислительной техники, радиотехники и связи. Цель изобретения - повьшение точности и надежности классификации. Это достигается введением блоков: трехканальной схемы сравнения, блока выбора решения, блока анализа и блока принятия решения с соответст- вукяцими связями. Устройство предназначено для определения типа случайного сигнала в радиотехнических системах. 6 ил.

Cfflpf

S6arodf

f±.

/ Ssm.

4-.

Jfffm.

/Л

SttxaSi

«%«./

%«./

ff/naffot flfattrme Cut. /таят ffmeftm flfia tof

, A

T.

.- VJ /

A У1УГ

us

Ьы1 jii-t I

.- VJ /

A У1УГ

us

Ьы1 jii-t I

Редактор С.Патрушева

Составитель Э.Сечина Техред М.Ходанич

Заказ 2773/52Тираж 671Подписное

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изоб)етений и открытий П3035, Москва, Ж-ЗЗ, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полигра ческое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор Е.Рошко