Устройство для обнаружения и классификации сигнальной составляющей в потоке импульсов со случайными амплитудами Советский патент 1981 года по МПК G06F17/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ СИГНАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ В ПОТОКЕ ИМПУЛЬэСОВ СО СЛУЧАЙНЫМИ АМБЛИТУДАМИ Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и может быть использовано при статистической обработке случайных процессов. Известно устройство для обнаружения и классификации сигнальной составляющей случайных процессов, содержащее детекто ры, фильтры, центрирующий блок, делители, генераторы функций, элементы сравнения, элемент совпадения {,1. Наиболее близким по техническому ре- шению к предлагаемому является устройство для обнаружения и классификации сигнальной составляющей в потоке импуль Сов со случайными амплитудами, содержащее детектор, выход которого через усилитель подключен хо входу многоканального дискриминатора амплитуд, выходы которых соединены с соответствуюпщми входами многоканального накопителя импульсов 2. Известные устройства имеют низкую достоверность. Цель изобретения - повыщение достоверверности обнаружения и классификации сигнальной составляющей в потоке импульсов со случайными амплитудами при работе в режиме реального масштаба времени. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены блокусреднения, синхронизатор, блок вычитания, М суммирующих усилителей, компаратор и блок определения максимума, при этом информационные входы блока усреднения объеди- нены с первой группой информационных входов блока вычитания и подключены к соответствующим выходам многоканального накопителя импульсов, управляющий вход которого соединен с первым ё|ыходом синхронизатора, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам блока усреднения и блока вычитания, информационньш выходы которого соединены с соответствующими ин-« формационными входами М суммирующих усилителей, управляющие входы М сумми-« рующих усилителей объединены со входом компаратора и подключены, к управляющему выходу блока вычитания, вторая группа информационных входов которого соединена с соответствующими выходами блока усреднения, выход компаратора подключен к управляющему входу блока определения максимума, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами М суммирующих усилителей. На чертеже представлена блок-схема устройства. Устройство для обнаружения и классификации сигнальной составляющей в потоке импульсов со случайными амплитудами содержит детектор 1, усилитель 2, многоканальный дискриминатор 3 амплитуд, многоканальный накопитель 4 импульсов, блок 5 усреднения, синхронизатор 6, бЛок 7 вычитания, М суммирующих усили,телей-8, .компаратор 9 и блок 10 определения макУСТРОЙСТВО работает следующим обраДопустим, что амплитудный дискриминатор 3 и многоканальный накопитель 4 им - JJ каналов. пульсов имеет Импульсы входного потока после детектирования с помощью детектора 1 и усиления в согласующем усилителе 2 поступают на вход Ь -канального амплитудного дискриминатора 3, где в зависимости от амплитуды калодый импульс информативной области попадает водин из,Ь установленных здесь амплитудных каналов дАй(г,Ь) Лалее следует L -канальный накопитель 4, в котором осуществляется подсчет числа импульсовт.{5(е появляющихс в каждом из каналов дискриминатора за время -го цикла анализа Т, задаваемое с помощью синхронизатора 6. В конце каждого i -го цикла анализа по сигналу синхронизатора результат подсчета поступает с выходов накопителя на соответству ющие входы блока 5 усреднения и блоки 7 вычитания. При этом в блоке 5 осущест вляется усреднение количеств импульсов П11| () L) по К циклам анализа, в результате чего получаем величины л - (.-рП1,-) ,,Ь ,(1) а i:B блоке вычитания производится вычисление величин ()u V-.(2) Здесь Wj(. () число импульсов, измеренное в накопителе в текущем цикле анализа в L -м канале. Очевидно, что при длительности наблюдения сигнальной составляющей t , удовлетворяющей условию-fc 2Т, и при 2 1 величины {1) предстваляют собой ояенку фонового числа импульсов, получаемых в каждом из каналор Д А g (,ь) за время анализа Т, а величины (2) являются оценкой количества импульсов в этих каналах, обусловленных сигнальной составляющей. Кроме (1) и (2) в блоке вычитания 7 формируется также величина n,.S«,, представляющая собой сумму величин (2) по всем значениям Е и являющаяся оиенкой числа импульсов всех амплитуд информативной области, появившихся за время Т и обусловленных сигнальной составляющей, Информация о количестве импульсов. выделенных в соответствии с (2), поступает на L, информационных выходов блока 7, а информация о количестве импульсов. соответствии с (З), на , „ Ь а Для принятия рещения обнаружения напряжение с управляющего выхода (в дальнейшем для определенности полагается, что способ обработки информации аналоговый) сравнивается в компараторе 9 с задаваемым здесь пороговым значением. В случае превьпиения порога на выходе блока 9 формируется логическое напряжение, соответствующее обнаружению. , Рассмотрим классификацию обнаруженного сигнала, которая производится с помощью блоков 8 и 10. Процесс класси4якаций основан на измерении эмпирической плотности вероятности импульсов сигналького потока ш (,5) и сравнений этой функции с гипотетическими плотностями вероятностей .;(q)( ), заданными заранее для каждого из М классифицируемых потоков. Будем сравнивать эти функции, вычисляя квайрагы сгагистическйх расстояний 2. Г ,rJTW5tah,,j(a), мТм. (4) По результатам вычисления величин ;Я принимают гипотезу Н(, , состоящую Б том что обнаружен К-й сигнал потока, если соответствующее значение оказывается минимальным среди всех значений ). Возводя подынтегральное выражение в (4) в квадрат, получаем (a}Qfa-2 5 ) .(Ш (a),M.(5) Псхзкопьку первое слагаемое в (5) присут ствует в каждой из величин E-jf -fpM), при сравнении исключаем его из рассмотрения. Поделив оставшееся выражение на - 2, приходим к правилу принятия решения, состоящему в выборе максимальной из величин . Bfp9tc)rjt«)ea-i5.wJj(d)oi,j.irM.(6). Плотности вероятностей в (6), вычисляемые в точках а , могут быть выражены для случая стационарного пуассоновск го потока импульсов со случайными ампл тудами следуюшим образом: :rjC«j.M3.J,u..vi;, )r(FF..Ou „ %() Lsf.L, (8) n.-4-fe, где (7) V(rt) среднее количество импул сов амплитуды а в едини цу времени, задаваемое дл каждого из классифицируемых сигнальных потоков в качестве исконных дан ных; Sli)Cc)olq - интегральная интенсивност перехода в (6) от интегрироваяия к суммированию, подстановки туда (7 и (8) и домножения полученного результата на множитель ЛМ«.,-К И И;; получа, )1 ем, что правило классификации сводится к вычислению величин ливаются коэффициенты усиления и других усилителей 8. Очевидно, что при таком способе установки усиления на выходе первого усилителя 8 получаем напряжение, пропорциональное величине В , на выходе второго усилителя 8 « напряжение, пропорциональное величине В и т.д., на выходе М-го усилителя 8 - напряжение, пропорциональное величине В,,,. Эти напряжения поступают на соответствующие входы блока 10, где из них выбирается максимальное. Номер усилителя с максимальным выходным напряжением полагается соответствующим номеру классифицируемого вход- ного потока. Результат класси4мкации поступает на выход устройства в том случае, если на выходе компаратора имеется логический сигнал, соответствующий обнаружению сигнальной составляющей. Устройство позволяет осуществлять процесс обнаружения и класси4икации сигнальной составляющей в пуассоновском патоке импульсов в режиме реального масштаба времени. Устройство может быть применено в различных поисковых автоматических системах Обнаружения и классификации сигнальных потоков импульсов. Такие задачи возникают, например, при поиске полезных ископаемых (марганец, никель, медь, и т.д.) на цне океана, использова- НИИ метода, активизации исследуемого пространства, в оптической локации и теплопокации. Автоматизация процесса обнаружения и классификации в этих системах позволяет существенно увеличить их быстродействие, надежность и улучшить весогабаритные характеристики.

нйя максимума, при этом информационные входы блока усреднения объединены с первой группой информационных входов блока вычитания и подключены к соответствующим выходам многоканального накопителя импульсов, управляющий вход кото рого соединен с первым выходом синхронизатора, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам блока усреднения и блока вычитания, информаш1О1уа 1е которого соединены с соответствующими информационными входами М суммирующих усилителей, управляющие входы М суммирующих усилителей объединены со входом компаратора и подключены к управляющее му выходу блока вычитания, вторая группа информационных входов которот о (хк-ди- нена с соответствующими выходами блока усреднения, выход компаратора подключен к управляющему входу блока определения максимума, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами М суммирующих усилителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1, Методы представления и аппаратурный анализ случайных процессов и полей. IX Всесоюзный симпозиум, секция 11, Л., 1976, с. 64.

2.Заявка Вепи19эбриташ1И № 1396642, кл. Q 01N 23/22, опубпик. 1975 (прототип).

;.jr