Устройство для оценки неоднородности дисперсии случайных процессов Советский патент 1992 года по МПК G06G7/52 

Изобретение относится к устройствам для анализа характеристик нестационарных случайных полей и может быть использовано для обработки сигналов в различных радиосистемах,

Целью изобретения является повышение быстродействия устройства.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов на выходах блоков уст- ройства.

Устройство содержит два сумматора 1 и 2, синхронизатор 3, блок выделения минимального сигнала 4, М элементов И 5-1...5- М, М каналов (М - количество источников информации), каждый из которых включает в себя квадратор 6, интегратор 7, блок логарифмирования 8, ключ 9, блок вычитания 10, пороговый элемент 11 и элемент памяти 12. Устройство содержит также формирова- тель 13, регистр сдвига 14, М+2 ключей 15- 1.,.15-(М+2), амплитудный селектор 16, элемент задержки 17, триггер 18, селектор импульсов по длительности 19, счетчик 20, дешифратор определения времени анализа 21, генератор импульсов 22, а в каждом канале - регулируемый усилитель 23.

Устройство работает следующим образом.

По М информационным каналам на вхо- ды квадраторов 6-1...6-М поступают выборочные значения М случайных гауссовых независимых сигналов из М областей шумового поля с неизвестными мощностями.

В любом числе каналов возможно появ- ление на фоне помехи дополнительных случайных сигналов, Для определения числа последних в каждом канале L выборок сигнала в течение интервала обнаружения Т0 квадратируется в квадраторах 6-1...6-М, суммируется в интеграторах 7-1 ... 7-М, где формируются оценки дисперсий. Эти оценки усиливаются в соответствующих регулируемых усилителях с управляемым коэффициентом усиления 23-1...23-М.

Далее выходные сигналы усилителей 23-1...23-М поступают на входы одноименных блоков логарифмирования 8-1.,.8-М, где они логарифмируются.

Сигналы с выходов блоков 8-1 ...8-М по- ступают на выходы соответствующих ключей 9-1...9-М. На управляющие входы ключей 9-1.,.9-М поступает разрешающий сигнал с выхода синхронизатора 3 в момент окончания интервала интегрирования в ин- теграторах 7-1,..7-М.

На фиг.2 показаны временные диаграммы на выходах устройства, обозначенные соответствующими цифрами блоков по осям координат. Разрешающий сигнал с

первого выхода синхронизатора 3 показан на фиг.2,al, На фиг.2б показаны импульсы сброса на втором выходе синхронизатора 3, поступающие на входы сброса всех интеграторов 7-1,,.7-М, входы сброса всех элементов памяти 12-1.,.12-М и вход сброса триггера 18.

При гюступлении разрешающего сигнала на управляющие входы ключей 9-1...9-М на их выходы передаются напряжения с выходов блоков 8-1...8-М логарифмирования. Эти напряжения поступают на соответствующие входы блока определения минимума 4 и одновременно к первым входам соответствующих блоков вычитания 10-1,,.10-М. Выбранное в блоке 4 наименьшее напряжение поступает на все вторые входы блоков вычитания 10-1...10-М.

Результаты вычитания с выходов блоков 10-1... 10-М поступают на входы соответствующих пороговых элементов 11-1...11-М, на выходах которых фиксируются превышения входным напряжением заданного порогового уровня, соответствующего требуемой вероятности ложной тревоги. Превышение входным напряжением заданного порогового уровня фиксируется в соответствующих элементах памяти 12-1...12-М. На выходах элементов памяти 12-1...12-М образуются сигналы единичной амплитуды при превышении напряжением заданного порогового уровня. Число этих сигналов определяет число дополнительных случайных сигналов, появляющихся в М областях шумового поля, Рассмотрим подробнее формирование амплитудно-интервального сложного сигнала, в котором отображаются обнаруженные неоднородности дисперсий.

На фиг.2 показаны три последовательных во времени такта I, II, III работы устройства, На диаграммах фиг.2г,д,е в I такте показано, что дополнительные сигналы появились во втором (12-2) и четвертом (12-4) каналах (несоседних). Сигналы с выходов элементов памяти 12-1...12-М суммируются в первом М-входовом сумматоре 1. Следовательно, в этом случае в I такте напряжение на выходе сумматора 1 равно удвоенной единичной амплитуде, так как оно отображает число неоднородностей дисперсий в каналах. Напряжение удвоенной амплитуды передается через ключ 15-(М+1) только во время появления разрушающего импульса с выхода формирователя 13 (см. фиг.2в,ж). Напряжение с выхода ключа 15-(М+1) поступает на соответствующий вход второго сумматора 2 (см. фиг.2н).

На диаграммах фиг.2з,и показано, что на выходах элементов И 5-2 и 5-3 импульсы не появляются, так как в I такте дополнительные шумовые сигналы появились не в соседних каналах - втором и четвертом.

В то же время на выходах ключей 15-2 и 15-4 появляются с соответствующим разнесением во времени импульсы (см. фиг.2к,м), которые поступают на соответствующие входы сумматора 2, В результате на выходе сумматора 2 в I такте образуется следующий амплитудно-интервальный сложный сигнал (см. фиг.2н): первый импульс удвоенной амплитуды, свидетельствующий о наличии двух неоднородностей дисперсии в каналах устройства, второй и третий импульсы единичной амплитуды, разделенные временным интервалом, равным длительности импульса, что свидетельствует о неоднородностях в несоседних каналах устройства. Указанный сложный сигнал поступает на выход устройства и одновременно на объединенные информационный вход ключа 15-(М+2) и вход амплитудного селектора 16.

Предположим, что амплитудный селектор настроен на срабатывание в том случае, когда импульс (первый) превышает удвоенную единичную амплитуду или равен ей .

В этом случае амплитудный селектор сработает, выдав импульс, который вызовет срабатывание триггера 18, с задержкой Т0 в элементе задержки 17, где т0 - длительность импульса на выходе 13. Выходной сигнал триггера 18 откроет ключ 15-(М+2), на выход которого поступает сигнал с выхода сумматора 2, но в этом сигнале будет отсутствовать первый импульс удвоенной амплитуды.

Таким образом, сигнал с выхода сумматора 2 поступает на вход селектора импульсов по длительности 19. Предположим, что селектор 19 срабатывает в случае, когда длительность импульса т удовлетворяет условию

го т 2 го ,(1)

где Го - длительность импульса на выходе формирователя 13 и выходах регистра сдвига с М выходами 14.

Как следует из диаграммы фиг.2н, в I такте на выходе селектора 19 не образуется выходной импульс, поскольку длительность каждого входного импульса не удовлетворяет условию (1). Значит, на вход счетчика 20 не поступает ни один импульс, счетчик продолжает находиться в нулевом состоянии, до II такта.

На выходе дешифратора определения времени анализа 21 сигнал отсутствует, период колебаний генератора импульсов с управляемым периодом 22 сохраняет во

втором такте прежнее значение Т0, а коэффициенты усиления М регулируемых усилителей 23-1.,.23-М также сохраняют прежнее значение К.

На диаграммах фиг,2г,д во I такте показано, что дополнительные сигналы присутствуют во втором (12-2) и третьем (12-3) каналах, которые являются соседними. Сигналы с выходов элементов памяти, суммируясь в сумматоре 1, также дают на его выходе импульс удвоенной единичной амплитуды, так как число неоднородностей дисперсий в каналах равно двум. Значит, импульс удвоенной амплитуды передается на выход

ключа 15-(М+1) во время появления разрешающего импульса с выхода формирователя 13 (см. фиг.2ж).

Поскольку во II такте дополнительные сигналы (неоднородности дисперсий) появились в соседних (во втором и третьем) каналах, то это привело к появлению импульса на выходе элемента И 5-2. Действительно, на первом входе элемента И 5-2 появился импульс с выхода элемента памяти 12-2, на второй вход элемента И 5-2 поступает импульс с выхода элемента памяти 12-3, на третий вход элемента И 5-2 поступает импульс с третьего выхода регистра сдвига 14.

Совпадение во времени всех трех импульсов приводит к появлению импульса на выходе элемента И 5-2 во II такте (см. фиг.2з).

На выходах ключей 15-2 и 15-3 появляются импульсы (см. фиг.2к,л), которые поступают на соответствующие входы сумматора 2, Причем следует отметить, что импульсы на выходе элемента И 5-2 совпадают во времени с импульсом на выходе ключа 15-3,

поскольку они формируются с помощью импульса на третьем выходе регистра 14,

В результате на выходе сумматора 2 в II такте образуется сложный амплитудно-интервальный сигнал (см. фиг.2н), состоящий

из первого импульса удвоенной амплитуды (две неоднородности), паузы (так как в первом канале отсутствует неоднородность), импульса единичной амплитуды (неоднородность во втором канале) и импульса удвоенной амплитуды, свидетельствующий о наличии неоднородности в соседнем третьем канале,

Указанный сложный сигнал поступает на выход устройства и одновременно на информационный вход ключа 15-(М+2) и вход амплитудного селектора 16. Поскольку первый импульс 21)ед Uac, срабатывание амплитудного селектора 16 вызывает срабатывание триггера 18 с задержкой Г0 , обусловленной наличием элемента задержки 17.

Выходной сигнал триггера 18 открывает ключ 15-(М+2), и на выходе ключа появляется сложный сигнал с выхода сумматора 2, в котором отсутствует первый импульс удвоенной амплитуды (ввиду задержки срабатывания триггера 18 на время т0 . Второй импульс удвоенной длительности 2 т0 (см. фиг.2н) поступает на вход селектора 19, ко- торый срабатывает, поскольку длительность второго импульса удовлетворяет условию (1). В результате на счетчик 20 поступает импульс, который записывается в нем.

Предположим, что дешифратор 21 выдает на своем выходе импульс в том случае, когда в счетчике 20 записано, например, нечетное число - 1,3 и т.д. В рассматриваемом случае на выходе устройства 21 появля- ется сигнал (см. фиг,2р), который поступает на управляющий вход генератора импульсов с управляемым периодом 22 и на объединенные управляющие входы М усилителей с управляемым коэффициентом усиления 23-1...23-М.

В результате происходит изменение периода колебаний генератора 22, уменьшение до величины Т0 (см. фиг,2, 111 такт). Кроме того, на заданную величину увеличи- вается коэффициент усиления усилителей 23-1...23-М, принимая значение, равное К.

Устройство, ставшее более быстродействующим и более чувствительным, начинает работу в III такте. Пусть в III такте дополнительные сигналы появились во втором, третьем и четвертом каналах, которые, как видно, являются соседними.

Рассматривая в этом случае формирование сложного амплитудно-интервального сигнала на выходе сумматора 11, можно сказать, что он будет иметь вид, показанный на фиг.2н. Этот сигнал будет содержать первый импульс утроенной амплитуды (так как обнаружены три неоднородности), паузу (так как в первом канале отсутствует неоднородность), единичный импульс, соответствующий неоднородности во втором канале, без паузы импульс удвоенной амплитуды, соответствующий неоднородности в третьем соседнем канале, без паузы импульс удвоенной амплитуды, соответствующий неоднородности в четвертом соседнем канале.

В этом случае также сработает ампли- тудный селектор 16. Однако селектор 19 не сработает, так как не выполняется условие (1). В результате счетчик 20 остается в нулевом состоянии. Это, в свою очередь, приведет к тому, что в следующем IV такте восстановится прежнее значение периода колебаний генератора 22, равное Т0, и прежнее значение коэффициента усиления К усилителей 23-1...23-М.

Иначе говоря, устройство в IV такте вновь возвращается к менее быстродействующему режиму с пониженной чувствительностью.

Далее процесс может повториться, если вновь появятся одно или нечетное число соседних неоднородностей в каналах устройства.

Формула изобретения

Устройство для оценки неоднородности дисперсии случайных процессов, содержащее два сумматора, синхронизатор, блок выделения минимального сигнала, М элементов И и М каналов (М - количество источников информации), каждый из которых содержит квадратор, интегратор, блок логарифмирования, ключ, блок вычитания, пороговый элемент и элемент памяти, причем в каждом канале вход квадратора является информационным входом устройства, выход квадратора соединен с информационным входом интегратора, выход блока логарифмирования соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с входом уменьшаемого блока вычитания, выход которого через пороговый элемент, подключен к информационному входу элемента памяти, выход ключа j-ro канала (j 1, М) соединен с j-м входом блока выделения минимального сигнала, выход которого подключен к входам вычитаемого блоков вычитания всех каналов, выход элемента памяти j-ro канала подключен к j-му входу первого сумматора, первый выход синхронизатора соединен с управляющими входами ключей всех каналов, второй выход синхронизатора соединен с входами сброса интеграторов и с входами сброса элементов памяти всех каналов, выход элемента памяти первого канала соединен с первым входом первого элемента И и с вторым входом М-го элемента И, выход элемента памяти i-ro канала (I 2, М) соединен с первым входом i-ro элемента И и с вторым входом i-1-го элемента И, выход j-ro элемента И подключен к j-му входу второго сумматора, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены формирователь импульса, регистр сдвига, М+2 ключей, амплитудный селектор, элемент задержки, триггер, селектор импульсов по длительности, счетчик, дешифратор определения времени анализа, генератор импульсов и в каждый канал - регулируемый усилитель, причем в каждом канале выход

интегратора соединен с информационным входом регулируемого усилителя, выход которого соединен с входом блока логарифмирования, выход элемента памятного канала подключен к информационному входу j-ro ключа, выход которого соединен с (M+j)-M входом второго сумматора, первый выход синхронизатора соединен с входом формирователя импульса, выход которого подключен к входу сброса счетчика, к ин- формационному входу регистра сдвига и к управляющему входу (М+1)-го ключа, выход которого соединен с (2М+1)-м входом второго сумматора, выход которого соединен с информационным входом (М+2)-го ключа и с входом амплитудного сектора, выход которого через элемент задержки соединен с установочным входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу (М+2)-го ключа, выход которого через селек-

ключа.

тор импульсов по длительности подключен к счетному входу счетчика, разрядный выход которого подключен к входу дешифратора определения времени анализа, выход которого соединен с входом управления периодом генератора импульсов и с входами управления коэффициентами усиления регулируемых усилителей всех каналов, выход генератора импульсов соединен с тактовым входом синхронизатора, второй выход которого соединен с входом сброса триггера, а третий выход - с тактовым входом регистра сдвига, первый выход которого соединен с третьим входом М-го элемента И, i-й выход регистра сдвига соединен с третьим входом (И)-го элемента И, j-й выход регистра сдвига соединен с управляющим входом j-ro ключа, выход первого сумматора подключен к информационному входу (М+1)-го

Изобретение предназначено для анализа характеристик нестационарных случайных полей и может быть использовано для обработки сигналов в различных радиосистемах. Целью изобретения является повыS-1 7-7 23-1 8-1 3-J S-1 7-7 23-1 8-1 9-110-1 -Г К-1 - Л г- - г У шение быстродейств ство содержит два с низатор 3, блок выд сигнала 4, М элемен налов (М - количеств ции), каждый из кот квадратор 6, интегра рования 8, ключ 9, бл говый элемент 11 Устройство содержи 13, регистр сдвига 14 (М+2), амплитудный задержки 17, тригге сов по длительности ратор определения генератор импульсо - регулируемый усил 3-i я-t i 10-1 -Г К-1 - г У шение быстродействия устройства, Устройство содержит два сумматора 1 и 2, синхронизатор 3, блок выделения минимального сигнала 4, М элементов И 5-1 ... 5- М, М каналов (М - количество источников информации), каждый из которых включает в себя квадратор 6, интегратор 7, блок логарифмирования 8, ключ 9, блок вычитания 10, пороговый элемент 11 и элемент памяти 12. Устройство содержит также формирователь 13, регистр сдвига 14, М+2 ключей 15-1...15- (М+2), амплитудный селектор 16, элемент задержки 17, триггер 18, селектор импульсов по длительности 19, счетчик 20, дешифратор определения времени анализа 21, генератор импульсов 22, а в каждом канале - регулируемый усилитель 23. 2 ил. 3-i я-t (Л С И-(нЧ) -vj о Јь О О о

2V

Редактор Г.Бельская

Составитель Е.Хуртин Техред М.Моргентал

;

фиг.2

Корректор М.Максимишинец