Устройство для распознавания сигналов Советский патент 1990 года по МПК G06K9/74 G06K9/82 

ел

QD

00 00

со

3

Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано в устройствах обработки и анализе низкочастотных сигналов, в том числе речевых.

11елью изобретения является повышение точности устройства за счет использования временной нормализаци спектрограммы исследуемого сигнала. На чертеже приведена структурная схема устройства для распознавания сигналов.

Устройство содержит блок 1 предварительной обработки сигнала, блок 2 фильтрации и усиления мощности сигнала, (N + 1)-канальный акусто- оптический модулятор 3 света, где N 1, ..i, 2 TFg, Т - длительность обрабатываемого устройства кадра спектрограммы, Fg - верхняя частота исследуемого сигнала, блок 4 сопряжения, N-канальный фотоприемник 5, блок 6 формирования пучков, матричный источник 7 излучения, содержа

щий N столбцов по М лазеров в каждом.

где М 1

В, где В - произведение ширины полосы частот исследуемого сигнала на длительность временного интервала формирования мгновенного спектра исследуемого сигнала, блок В формирования мгновенных спектров, многоканальный оптический коррелятор Э, блок 10 управления, источники 11 света, вычислительный блок 12, коллиматор 13.

Вход блока предварительной обработки исследуемого сигнала является входом устройства, первый выход блока 1 соединен с первым входом блока 2 фильтрации и усиления мощности сигнала, а последующие N входов блока 2 подключены к соответствующим выходам N-канального фотоприемника 5. Выходы блока 5 фильтрации и усиления мощности сигнала соединены с электрическими входами (N + 1)-ка- нального акустооптического модулятора 3 света. Каждый К-й (К 1,...,N) столбец матричного источника 7 излучения оптически связан через слой 6 формирования пучков с вторым оптическим входом К-го канала (N + 1)-ка нального акустооптического модулятора 3 света, второй оптический выход К-го канала (N + 1)-канальногЬ акустооптического модулятора 3 света оптически связан через слой i сопряжения с К-ым фотоприемником N-ка0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

нального фотоприемника 5. Первый оптический выход (N -t- 1)-канального акустооптического модулятора 3 света связан с-оптическим входом блока В Формирования мгновенных спектров, оптически связанного с многоканальным оптическим коррелятором 9, с фотоэлектрическими преобразователями на его выходе, связанными с сот- ответствующими входами вычислительного блока 12. Источник 11 света оптически связан через коллиматор 13 с первым оптическим входом (N+1)- канального акустооптического модулятора 3 света. Информационный вход- выход вычислительного блока 12 связан с информационным входом-выходом блока 10 управления, первый выход которого подключен к входу управления многоканального оптического коррелятора 9, его второй выход подключен к входу управления блока 1 предварительной обработки исследуемого сигнала, а второй выход блока 1 подключен к второму информационному входу блока 10 управления, третий выход которого связан с входом управления матричного источника 7 излучения .

Устройство работает следующим образом о

Исследуемый сигнал поступает на вход устройства для распознавания сигналов, которым является вход блока 1 предварительной обработки си1- нала. В зависимости от установленного режима.работы и исследуемой полосы частот сигнала осуществляется перевод сигнала в полосу рабочих частот (N + 1)-канального акустооптического модулятора 3 света компрессией и балансной модуляцией гармонического сигнала с частотой, равной центральной частоте полосы рабочих частот (N + 1)-канального акустооптического модулятора 3 света, выполняемой блоком 1 предварительной обработки. Из блока 1 предварительной обработки исследуемого сигнала си|- нал поступает на первый вход блока 2 фильтрации и усиления мощности сигнала, с первого выхода которого усиленный сигнал поступает на электрический вход первого канала (N+1)- канального акустооптического модулятора 3 света. В соответствии с установленным режимом работы, определяемым вычислительным блоком 12,

блок 10 управления вырабатывает сигналы управления, осуществляющие вы- бор режима работы матричного источника 7 излучения, которые представляют собой совокупность электрических сигналов, обеспечивающих включение в каждом столбце матрицы одного лазера и выключение (М - 1) лазеров каждого столбца матричного источника 7. Световой пучок от включенного в К-м столбце матричного источника 7 излучения лазера проходит через блок 6 формирования пучков, в результате чего формируются два пучка (пучки нулевого и первого порядков дифракции)1 Указанные пучки, сформированные блоком 6 формирования пучков из пучка света, включенного в К-м столбце лазера, попадают на вто- рой оптический вход К-го канала (N + 1)-канального акустооптическо- го модулятора 3, света под разными углами. При этом один из пучков попадает на оптический вход К-го ка- нала акустооптического модулятора света под углом Брэгга, вследствие чего осуществляется его дифракция на акустических волнах, распространяющихся в волноводе К-го канала (N + 1)-канального акустооптическо го модулятора 3 света, так что световой пучок дифрагирует в минус первой порядок. Если под углом Брэгга на оптический вход К-го канала (N + 1)- канального акустооптического модулятора 3 света попадает световой пучок образовавщийся в блоке 6 формиррва ния пучков как пучок плюс первого порядка дифракции, то после дифракции в этом канале рассматриваемый световой пучок и световой пучок нулевого порядка дифракции, попадающий на вход К-го канала (N + 1)-канального акустооптического модулятора 3 света под углом, отличающимся от угла Брэгга, и не испытывающий дифракции на ультразвуковом столбе, распространяющемся в волноводе К-го канала (N + 1)-канального акустооп- тического модулятора света, будут коллинеарны. Световое распределение от двух указанных световых пучков переносится блоком Ц сопряжения на К-й фотоприемник N-канального фотоприемника 5, в котором осуществляется преобразование светового распределения в электрический сигнал, поступающий на (К + 1)-й вход блока

j 0 5 0 0 5

5

0

5

2фильтрации и усиления мощности сигнала. Таким образом, на входе блока 2 присутствует исследуемый сигнал, задержанный на время распространения акустической волны в волноводе К-го канала (Ы + 1)-ка- нального акустооптического модулятора

3света. Задержанный на величину, задаваемую вычислительным блоком 12, сигнал из К-го канала (N + 1)-каналь- ного акустооптического модулятора

3 света проходит через (К + 1)-Г- вход блока 2 фильтрации и усиления мощности сигнала, в котором осуществляются выделение переменной составляющей сигнала от К-то фотоприемника N-канального фотоприемника 5 и усиление его по мощности, тем самым гет,е- родинный съем сигнала подается с (к + 1)-го выхода блока 2 на электрический вход (К+1)-го канала (N+1)- канального акустооптического модулятора 3 света. В результате осуществляется режим полного прохождения вводимого сигнала через все каналы (N+I)-канальногЬ акустооптического модулятора 3 света. При этом вводимые в его соседние К-й и {К+1)-й каналы сигналы отличаются наличием временной задержки между сигналом, вводимым -в К-й канал, и сигналом, вводимым в (К+1)-й канал. Указанная временная задержка задается управлением, поступающим от вычислительного блока 12 в блок 10 управления. С третьего аыхода блока 10 управления, соответствующие сигналы поступают на вход управления матричного источника 7 излучения. Световой пучок от источника 11 света, проходя через коллиматор 13 попадает на первый оптический вход (N+1)-канального акустооптического модулятора 3 света, на электрические входы которого поступают задержанные во времени друг относительно друга отсчеты исследуемого сигнала. На (N+1)- канальном акустооптическом модуляторе 3 света производится амплитудно- фазовая модуляция плоской световой волны исследуемым сигналом, после чего промодулированный световой пучок с выхода модулятора 3 попадает на оптический вход блока 8 формирования мгновенных спектров, в котором производится формирование пространственного распределения света, соответствующего спектрограмме исследуемого сигнала. С выхода блока 8 формирования мгновенных спектров световое распределение, соответствующее спектрограмме исследуемого сигнала, поступает на оптический,вход многоканального оптического коррелятора 9, в котором осуществляется формирование корреляционных инте ралов между спектрограммой исследуемого сигнала и параметрическими - эталонами (масками параметрических эталонов) и преобразование оптического излучения в электрические сигналы, которые поступают на соответствующие входы вычислительного блока 12, в котором происходят принятие решений по результатам измерения корреляционных интегралов от масок эталонов и спектрограммы исследуемого сигнала и выработка .значений временных задержек для следующего шага итераций.

Такой режим обработки исследуемого сигнала позволяет осуществлять произвольные деформации временной оси в представлении спектрограммы по пространственной координате, соответствующей координате Время, а также осуществлять сканирование спектрограммы исследуемого сигнала вдоль масок эталонов в направлении, соответствующем координате Время в представлении спектрограммы исследуемого сигнала.

Устройство позволяет .осуществить обработку исследуемого сигнала посредством формирования его спектро- граммы и ее нелинейных деформаций в .режиме динамического программирования для решения задач векторного квантования сигналов при распознавании исследуемых сигналов и их классификации, а также обеспечивает возможность формирования функций корреляции спектрограмм.исследуемых сигналов и рассматриваемых эталонов что позволяет значительно повысить точность обработки исследуемых сигналов .

Формула изобретени

Устройство для распознавания сигналов, содержащее источник света, блок модуляции, многоканальный оптический коррелятор с фотоэлектрическими преобразователями на его выходах, подключенными к соответствую

5

0

5

щим еходам вычислительного блока, блок управления, первый выход которого подключен к входу управления многоканального оптического коррелятора, а первый информационный вход- выход блока управления соединен с информационным входом-выходом вычислительного блока, отличающееся тем, что, с цепью повышения точности устройства за счет использования временной нормализации спектрограммы исследуемого сигнала, в него введены коллиматор, блок формирования мгновенных спектров, блок предварительной обработки сигнала, блок фильтрации и усиления мощности сигнала, N-канальный фотоприемник, где N равно произведению длительности кадра синхронизации на верхнюю частоту исследуемого сигнала, блок, сопряжения, блок формирования пучков и матричный источник излучения, причем блок модуляции выполнен в виде (N + 1)-канального акустооптического модулятора, вход блока предварительной обработки сигнала является входом устройства, его первый выход связан с первым входом блока фильтрации и усиления мощности сигнала, каждый (k + 1)-й (k 1, ..., N) вход которого связан с k-м выходом N-канального фотоприемника, а каждый т-й (т 1, .,., N + 1) выход блока фильтрации и усиления мощности сигнала связан с управляющим входом т-го канала (N + 1)-канального акустооптического модулятора, первый оптический вход которого оптически связан с выходом коллиматора, вход которого связан с выходом источника света., а первый оптический выход (N + 1)-канального акустооптического модулятора оптически связан с входом Д1; блока формирования мгновенных спектров, выход которого связан с оптическим входом многоканального оптического коррелятора, второй оптический вход (N + 1)-канального акустооптического модулятора связан с выходом блока формирования пучков, вход которого связан с оптическим выходом матричного источника излучения, а второй оптический выход (N + 1)-канального акустооптического модулятора связан с входом блока сопряжения, выход которого связан с оптическим входом N-канального фотоприемника, при этом второй и третий выходы

0

5

0

50

5f

9 159788910

блока управления полключены соответ-а второй выход блока предварительной

ственно к входам управления блокаобработки сигнала подключен к второпредварительной обработки сигналаму информационному входу блока упи матричного источника излучения,равления.

Изобретение относится к оптической обработке сигналов и может быть использовано в устройствах обработки и анализа низкочастотных сигналов, в том числе речевых. Цель изобретения - повышение точности устройства путем использования временной нормализации спектрограммы исследуемого сигнала. Использование в устройстве N+1-канального акустооптического модулятора 3 света в сочетании с блоком 2 фильтрации и усиления мощности сигнала, N-канальным фотоприемником 5, блоком 6 формирования пучков и матричным источником излучения 7 позволяет осуществлять обработку исследуемого сигнала посредством формирования его спектрограммы и ее нелинейных деформаций в режиме динамического программирования, а также обеспечивает возможность формирования функций корреляции спектрограммы исследуемых сигналов и рассматриваемых эталонов, что позволяет значительно повысить точность обработки сигналов. 1 ил.