Устройство для классификации случайных сигналов Советский патент 1990 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к радиоизме- и может быть использовано з1 радиотехнике, медицине и сейсмологии.

Цель изобретения - повьппение достоверности классификации путем ПОВЫШЕНИЯ помехоустойчивости устройства.

На фиг с 1 изображена структурная оема предлагаемого устройства; на .2 - структурная схема блока счет- 4i(iков, решающего блока, блока управления к индикатора; на фиг. 3 - вре- мЈнные графики, поясняющие работу устройства; на фиг,4 - временные графики, поясняющие работу блока счетчиков, решающего блока и блока управления .

Устройство для классификации случайных сигналов содержит блок 1 цент- рИрования, усллитель 2, блок 3 диф- фе|ренц рования, интегратор 4, блок 5 кл|иппирования, компаратор 6, задатчик

7 порога, блок 8 счетчиков, решающий блок 9, блок 10 управления, канал II обработки, индикатор 12, счетчик 13, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14, элемент 15 памяти; дешифратор 16, таймер 17, схему 18 выделения спада импульса, элемент 19 задержки, одновибратор 20 и триггер 21,

Устройство работает следующим образом.

Случайный сигнал, поступающий на вход устройства, центрируется в блоке 1 центрирования и усиливается усилителем 2. С выхода усилителя 2 напряжение поступает на входы блока 3.1 дифференцирования, интегратора 4.1 и блока 5,1 клиппирования. На фиг.За изображен случайный сигнал на выходе усилителя 2, ограниченный по времени интервалом анализа 0-1, блок 5.1 клиппирования превращает этот сигнал в прямоугольные двухполярные импульсл

00

со

00

00

сы, которые изображены на Лиг.36„Они подаются на управляющий вход интегратора 4,1, который при положительных импульсах накапливает входной сигнал, а при отрицательных обнуляется. Напряжение на выходе интегратора изображено на фиг.Зв. Там же изображен пороговый уровень, который подается на второй вход компаратора 6.1 и устанавливается посредством задатчика 7.1 порога. Напряжение с выхода интегратора и напряжение порога сравниваются компаратором 6.1.При превышении выходным напряжением ил- тегратора порогового напряжения компаратор вырабатывает импульс, изображенный на фиг.Зг. В случаях, когда выходное напряжение интегратора меньше напряжения порога, на выходе ком- паратора присутствует низкий уровень. Таким образом исключаются малоинЛор- .мативные выборы случайного сигнала и уменьшается влияние помех.

С выхода компаратора импульсы по- даются на вход счетчика 13.1. блока 8. Усиленный усилителем 2 сигнал поступает также на вход диЛАеренцирую- щего блока 3.1, где экстремумы случайного сигнала превращаются в нули производной этого сигнала. После этого при помощи операций, аналогичных описанным для первого канала, импульсы с выхода каждого компаратора подаются на вход соответствующего счетчика блока слетчиков 8. По окончании фиксированного времени анализа накопленная в блоке счетчиков инЛор- мация о числе импульсов с выходов компараторов всех каналов считывается в решающий блок 9, в котором принимается решение о принадлежности сигнала к одному из классов. Выбор необходимого числа каналов обработки зависит от требуемой достоверности кпассиЛи- кации и вида случайного сигнала.Для большинства практических применений достаточно двух-трех каналов обработки.

Выбор порога, с которым сравнива- ется выходное напряжение интегратора проводится так, чтобы обеспечить минимальную вероятность ошибки классификации. Порог должен быть выбран выше среднего уровня амплитуды направле- ния на выходе интеграторов, создаваемого помехами. Для достижения этого перед началом работы должна произво- дитьвя установка уровня порога. Для

этого на вход устройства подается сигнал, состоящий только из помех. Устанавливается уровень поропа с некоторым (5-10 %) превышением уровня срабатывания. Например, в сейсмологии порог нужно выставить в нормальной тектонической ситуации, при медицинских измерениях по сигналам нормально функционирующих тел или других органов человека, в радиотехнике при отключенной антенне (учитывается воздействие внутренних шумов приемника) .

В блоке 8 счетчиков, решающем блоке 9 и блоке 10 управления в течение одного цикла работы происходят следующие процессы. Перед-началом очередного цикла работы (в интервале времени t, - t на Лиг.4) элементы и блоки устройства находятся в следующем состоянии: элемент 19 задержки отрабатывает задержки импульса, поступившего на его вход во время предыдущего цикла работы (момент to на фиг.4), и на его выходе - низкий уровень напряжения (фиг,4а). Триггер 21 находится в нулевом состоянии, на его прямом выходе низкий уровень напряжения (Лиг.46), а на его инверсном выходе - высокий уровень (фиг.4в На выходе таймера 17 низкий уровень напряжения (фиг.4г); счетчики 13.1 - 13.N - в нулевом состоянии (заштрихованная область на фиг,4д), так как на входы Сброс указанных счетчиков поступает высокий уровень напряжения с инверсного выхода триггера 21, на выходе схеме 17 выделения спада импульса низкий уровень напряжения (фиг.4ж), в элементе 15 памяти хранится результат предыдущего цикла работы (фиг.4з), который отображается индикатором 12.

По окончании времени задержки (интервал t0 - t, Лиг,4) на выходе элемента 18 задержки появляется высокий уровень напряжения (момент t, фиг,4а), который устанавливает триггер 21 в единичное состояние. На прямом выходе триггера 21 устанавливается высокий уровень напряжения (фиг,46), который запускает таймер 17, на инверсном выходе триггера 21 устанавливается низкий уровень напряжения (фиг. 4в), т.е. снимается сигнал Сброс со счетчиков 13,1 - 13.N и они проводят счет импульсов с выходов каналов 11,1 - 13.N (момент

t., Лиг.Ад). Таймер 17 генерирует импульсы высокого уровня напряжения (интервал времени , 4г), дли

тельность которого меньше времени анализа на величину переходных процессов включения и выключения счетчиков 13.1.- 13.N (т.е. t3 - tg - время анализа минус t-t длитель4

ность импульса на выходе таймера 16)

После спада импульса с выхода таймера 17 (момент ts, Лиг.4г) схема 18 выделения спада импульса генерирует импульс высокого уровня напряжения (, фиг.4ж), по Лронту кото- рого проводится запись выходного кода ПЗУ 14 (т.е. кода, записанного в его ячейке с адресом, равным выходному коду счетчиков 13.1 - 13.N в этот момент, в элемент 15 памяти (момент tt на Лиг.4.з); триггер устанавливается- в нулевое состояние (момент t,, фиг.46, в); этот импульс также поступает в элемент 19 задержки. Высоким уровнем напряжения с инверсного выхода триггера 21 (Лиг.46) устанавливаются в нулевое состояние счетчики 13.1 - 13.N (момент t, фиг-.4д). По окончании импульса высокого уровня напряжение на выходе схемы выделения спада импульса 18 (момент tj, Аиг.4ж) цикл работы заканчивается, и устройство переходит в исходное состояние. Минимальная длительность этого импульса определяется временем переходных процессов в устройстве.

При включении питания устройства первый цикл работы начинается с Лро та выходного импульса высокого уровня напряжения с выхода одновибратора 20, входом соединенного с шиной источника питания, который устанавливает триггер 21 в единичное состояние, ПЗУ 14 совместно со счетчиками 13.1 - 13.N работает следующим образом. Априорно определяют максимальные числа импульсов на выходе каналов обработки для классиЛицируемых сигналов и по ним определяют необходимую разрядность счетчиков.Обозначают требуемое число разрядов счетчиков 13.1 - 13.N соответственно

п, составляет

п4,...Пд,. Адресный вход ПЗУ 14

-n разрядов.

Располагается они следующим образом. Сигналы, относящиеся к одному классу, имеют разброс параметров,оп

25

с

Ю

1520

-

838636

ределяемый законом распределен)11, а частности его дисперсией. Поэтому при различных реализациях сигналов одного класса количество импульсов на выходах счетчиков 13.1 - 13.N различно. Пусть для j-ro класса сигналов число вариантов кода на выходах счетчиков составляет Ь: , Ь;

30

35

40

45

u м j

...,b-N . Число ячеек ПЧУ, выделяемых для этого j-ro класса сигналов,сосwN

тавляет z n( П b . Разрядность

J

ячейки определяется числом классов, если обозначить его М, то разрядность ячейки - ближайшее большее целое от log2M.

Предлагаемое устройство отличается от известного более высокой достоверностью классиЛикации случайных сигналов, что достигается путем повышения помехозащищенности. Включение . интегратора, управляемого клиппиро- ванным напряжением и компаратора с регулируемым порогом сравнения, позволяет исключить влияние на работу устройства шумов и помех, амплитуда которых меньше порога сравнения. При этом число импульсов на выходе канала обработки соответствует числу не всех нулевых значений n-й производной этого случайного сигнала, а только тех, которые после интегрирования превысят пороговое значение, i

Кроме того, использование ПЗУ, у которого в ячейках памяти записаны типы классифицируемых сигналов, а адресами этих ячеек являются коды числа импульсов, соответствующие этим типам, позволяет не затрачивать времени на сравнение с эталонами, т.е. получать результат классификации быстрее, чем это происходит в известном устройстве.

Формула изобретения

I. Устройство для классификации случайных сигналов, содержащее блок центрирования, усилитель N каналов обработки, каждый из которых содержит блок клиппирования, N-1 последовательно соединенных блоков дийгЬе- ренцирования, блок счетчиков с N входами и N выходами, решающий блок, блок управления, индикатор, причем вход блока центрирования соединен с входной шиной, выход - с входом уси

f1 ЧО ОС ОС 1Л

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано в радиотехнике, медицине и сейсмологии. Целью изобретения является повышение достоверности классификации путем повышения помехоустойчивости устройства. Введение в устройство интегратора, управляемого клиппированным напряжением, и компаратора с регулируемым порогом сравнения позволяет исключить влияние на работу устройства шумов и помех, амплитуда которых меньше порога сравнения. Использование ПЗУ, у которого в ячейках памяти записаны типы классифицирующих сигналов, исключает затраты времени на сравнение с эталонами и повышает быстродействие устройства. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.