Устройство для классификации сигналов Советский патент 1987 года по МПК G06K9/00 

ijcmoHoSovHbiu вход

10

15

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для классификации электрических сигналов.

Цель изобретения - повышение точности устройства.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - циклограмма работы устройства; на фиг.З и 4 - исследуемые электрические сигналы; на фиг.З и 6 - плотности распределения времени нахождения исследуемого сигнала на определенном уровне для сигналов класса А и класса Б; на фиг.7 - сравнение плотностей распределения.

- Устройство содержит усилитапь 1, блок 2 задания весовых коэффициентов, формирователи 3 уровня сигнала, элемент ИЛИ 4, триггер, 5, генератор 6 импульсов, первьй элемент И 7, счетчик 8, де1иифратор 9 и блок 10 отображения.

Формирователь уровня содержит пороговый элемент 11, элемент НЕ 12 и второй элемент И 13.

Классификация сигналов по классам заключается в определении среднего времени нахождения данных сигналов на одном или нескольких информативных уровнях. По значению данного времени, которое является информативным признаком определенного класса, производится классификация.

Информативный уровень (или уровни) определяется на стадии обучения. Он несет наибольшую информацию о разли- чимости сигналов.

5

30

Устройство работает следующим образом. .

Входной сигнал x(t), подлежащий классификации, усиливается входным усилителем 1 до необходимого значения и подается через блок 2 задания весо- вых коэффициентов на все пороговые элементы 11 формирователей 3 уровня одновременно. С помощью блока 2 задания весовых коэффициентов пороговые элементы 11 настраиваются на определенный амплитудньм уровень сигнала x(t). После команды Пуск с триггера 5 на второй вход элемента И 7 выдается сигнал. При нахождении исследуемого сигнала x(t) на первом уровне сра- батывает пороговый элемент 11 и выдает сигнал на второй вход элемента И 13. Так как г ороговьй элемент 11, настроенньпЧ на второй уровень, еще

5

5

0

0

5

0

5

не сработал, на ег о выходе сигнал отсутствует и с выхода элемента НЕ 12 подается сигнал на третий вход элемента И 13. При наличии сигнала на первом входе элемента И 13 с его выхода выдается сигнал через элемент ИЛИ 4 на третий вход элемента И 7. Импульсы с кварцевого генератора 6 через элемент И 7 1 ачинают поступать на счетчик 8 импульсов. Наличие сигнала на первом входе элемента И 13 обуславливает измерение времени нахождения исследуемого сигнала x(t) на соответствующем амплитудном уровне. Отсутствие сигнала исключает данные измерения.

При достижении сигналом x(t) второго амплитудного уровня срабатывает пороговый элемент 11 и на его выходе появляется сигнал, закрывающий через элемент НЕ 12 элемент И 13, на выходе которого сигнал исчезает. Отсутствие сигнала на выходе элемента И 13 приводит к закрытию элемента И 7. Импульсы с кварцевого генератора 6 не поступают на счетчик 8. Количество импульсов, подсчитанных счетчиком 8, пропорционально времени нахождения исследуемого сигнала x(t) на первом амплитудном уровне.

Появление сигнала на выходе порогового элемента 11 открывает элемент И 13 при наличии на его первом входе сигнала. На третьем входе элемента И 13 сигнал есть, так как пороговьй элемент 11, настроенный на третий уровень, не сработал и на выходе элемента НЕ 12 сигнал имеется. С выхода элемента И 13 сигнал через элемент ИЛИ 4 поступает на третий вход элемента И 7. Элемент И 7 открывается и счетчик 8 производит подсчет импульсов, поступающих с кварцевого генератора 6.

При достижении сигналом x(t) тре- тьего амплитудного уровня срабатывает пороговьш элемент 11 и сигнал на его выходе через элемент НЕ 12 закрывает соответствующий элемент И 13 и открывает соответствующий элемент И 13. Далее все происходит аналогично рассмотренному. Процесс происходит до тех пор, пока амплитуда исследуемого сигнала x(t) не снижается.Тогда на выходе определенного порогового элемента сигнал исчезает и тем самым обеспечивается закрытие соответствующего ему элемента И 13 и открытие

31354222

элемента И 13 в формирователе уровня, настроенного на нижестоящий амплитудный уровень. Все операции повторяются до тех пор, пока не поступает команда Останов на триггер 5.

Измерение времени пребывания исследуемого сигнала x(t) на определенном амплитудном уровне происходит

на счетчик 8 имцевого генератора пульсов.

При достижении иccлeдye ft IM сигналом уровня амплитуды, на которьм настроен следующий ФУ (П+1), сигнал с выхода ФУ(П) исчезает, элемент И 7 запирается и импульсы с кварцевого генератора 6 перестают поступать на лишь тогда, когда на первый вход эле- ю счетчик 8. При снижении амплитуды ис- мента И 13 соответствующего формиро- следуемого сигнала все происходит, вателя уровня подан сигнал. Таким аналогично, но в обратном порядке

образом, сигнал Y(t)) , где cf(x) - оператор преобразования, определяемый совокупностью сигналов на первых входах элементов И 13, преобразуется в импульсы, подсчитьшаемые счетчиком 8. По значению количества импульсов можно судить о номере класса предъявленного сигнала. Число им- 20 пульсов, подсчитанных счетчиком 8, через дешифратор 9 высвечивается на цифровом табло 10. Оператор преобразования tf(x) запоминается в виде комбинации сигналов на первых входах элементов И 13. Адаптация устройства производится на этапе обучения и заключается в подборе такого оператора преобразования СрСх), который обеспечивает правильную классификацию дан- ЗО ной совокупности сигналов.

Устройство на стадии обучения работает следующим образом. Исследуемые сигналы x(t) разбиваются по амплитуде при помощи блока 2 задания весовых коэффициентов на п уровней.

Путем последовательной подачи единичного потенциала (фиг.1) на установочные входы (первые входы элемента И 13) формирователей уровня (ФУЗ, ФУ4,..., ФУК), что соответствует выделению из сигнала только соответствующего уровня, последовательно находят средние значения времени нахождения Исследуемого сигнала на каждом амплитудном уровне. Для этого подают сигнал Пуск на триггер 5. Импульсы с кварцевого генератора 6 не проходят через элемент И 7 на счетчик 8, так как на элементе И 7 отсутствует сигнал на третьем входе. При достижении исследуемым сигналом x(t), снимаемым с усилителя 1 и проходящим через блок 2 задания весовых коэффициентов.

(фиг.2). Счетчик 8 суммирует импульсы за время нахождения исследуемого сиг- 15 нала на выбранном уровне до прихода команды Останов на триггер 5, т.е. за строго фиксированный промежуток времени Т. В результате на цифровом табло 10 высвечивается число импульсов, пропорциональное времени нахождения исследуемого сигнала на выбранном уровне за период Т (т ). АналоК

гичные операции проводятся и на других уровнях. Если имеется группа сиг- 25 налов, принадлежащих классу А, все операции проводятся для этой группы, но тогда уже находится среднее время

нахождения исследуемых сигналов на

каждом уровне т

U

35

к. m

ui го.-Г

к

где L - количество сигналов класса А. Аналогичные операции производятся и с сигналами класса Б и находятся т. По максимальному абсолютному значению разницы средних значений времени нахождения исследуемого сигнала для класса А(т) и класса Б(т) на40 ходят один или несколько информативных уровней

|т - т) тахАмплитудньш уровень сигнала, выб-- ранный таким образом, несет макси-

45 мальную информацию о различимости

сигналов. На этом уровне будет максимальное отличие классифицируемых сигналов .

Все операции по нахождению инфор50 мативного уровня являются обучающими процедурами и проводятся один раз для неизвестных сигналов, принадлежа- .щих разным классам. В зависимости от найденного информативного уровня(ей)

уровня амплитуды, на который настроен пс подается единичный потенциал на ус- соответствующий ФУ(К), с последнего тановочньй вход(ы) соответствующего выдается сигнал через элемент ИЛИ 4 на третий вход элемента И 7, который

(щих) формирователя(ей) уровня, а установочньге входы других формирова телей уровня заземляются.

начинает пропускать импульсы с квар-

на счетчик 8 им

(фиг.2). Счетчик 8 суммирует импульсы за время нахождения исследуемого сиг- нала на выбранном уровне до прихода команды Останов на триггер 5, т.е. за строго фиксированный промежуток времени Т. В результате на цифровом табло 10 высвечивается число импульсов, пропорциональное времени нахождения исследуемого сигнала на выбранном уровне за период Т (т ). АналоК

гичные операции проводятся и на других уровнях. Если имеется группа сиг- налов, принадлежащих классу А, все операции проводятся для этой группы, но тогда уже находится среднее время

нахождения исследуемых сигналов на

каждом уровне т

U

к. m

ui го.-Г

к

где L - количество сигналов класса А. Аналогичные операции производятся и с сигналами класса Б и находятся т. По максимальному абсолютному значению разницы средних значений времени нахождения исследуемого сигнала для класса А(т) и класса Б(т) находят один или несколько информативных уровней

|т - т) тахАмплитудньш уровень сигнала, выб-- ранный таким образом, несет макси-

мальную информацию о различимости

сигналов. На этом уровне будет максимальное отличие классифицируемых сигналов .

Все операции по нахождению информативного уровня являются обучающими процедурами и проводятся один раз для неизвестных сигналов, принадлежа- щих разным классам. В зависимости от найденного информативного уровня(ей)

подается единичный потенциал на ус- тановочньй вход(ы) соответствующего

(щих) формирователя(ей) уровня, а установочньге входы других формирователей уровня заземляются.

На этом этап обучения устройства заканчивается.

Формула изобретения

1. Устройство для классификации сигналов, содержащее последовательно соединенные усилитель и блок задания весовых коэффициентов, отлича- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены N формирователей уровня сигнала, где N - число амплитудных уровней сигнала, элемент ИЛИ, триггер, генератор импульсов и последовательно соединенные первый элемент И, счетчик, дешифратор и блок отображения, первый и второй входы первого элемента И соединены с выходом генератора импульсов и с прямым выходом триггера, прямой вход которого является входом Пуск устройства, а инверсньй вход является входом Останов устройства, третий вход элемента ll сое- динен с вькодом элемента ИЛИ, входы

которого соединены с первыми выходами формирователей уровня сигнала, первые входы которых соединены с выходами блока заданий весовых коэффициентов, второй вход N-ro формирователя уровня сигнала соединен с вторым выходом (N-l)-ro формирователя уровня сигнала.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что формирователь уровня сигнала содержит пороговый элемент НЕ и второй элемент И, выход которого является первым выходом формирователя, первый вход второго элемента И является установочным входом формирователя, второй вход второго элемента И и вход элемента НЕ соединены с выходом порогового элемента, вход которого является первым входом формирователя, выход элемента НЕ является вторым выходом формирователя, третий вход второго элемента И является вторым входом формирователя уровня сигнала.

Таймер

ЩLLL1J.i

меренииir {t) на пятом cooffff,

Inш р, п I

-tiJU - - U-4lU

/i. . на S-M t/p. J ill III

lll

4ДhlIII

III

1||IIIilli;

вСпри изм (flit на 5-м uuj 11

II, lit 11 il

-fj

jifflii

M II M M Йв/х. ФУ5 U3M. ir/t/ на S-M up.

I I I I II

ti-fr--n- p

II M I , . tl7 Lnpu . 17Щ HO 5-H yp.

-H-4 И- li

CvemvuN в П/ш изм. & t) на 5 м t/p.J ,

mai iao lassg 1ш: ;жня

S-M t/p. J

hlIII

III

illi;

jifflii

fl

7 te tg t,otff i,2 fj5 (;

0i/e.

IZJ 456189 iO (J- Фиг. 5

8 9 iO Фиг. 6

Фи. 7

Редактор Н.Тупица

Составитель А.Глотов

Техред Л,Олийнык Корректор А,Тяско

Заказ 5696/45 Тираж 671Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д„ 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и м.б.использовано для классификации электрических сигналов.Цель изобретения - повьшение точности устройства, что достигается введением формирователей уровня 3, элемента ИЛИ 4, триггера 5, генератора 6, элемента И 7, счетчика 8, де- птфратора 9 и блока отображения 10, что позволяет разбивать амплитуду исследуемого сигнала на N уровней, и определять время нахождения сигнала на соответствующем амплитудном уровне и, сравнивая эти величины, вьщелять сигнал. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.