Устройство для классификации дискретных случайных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ .КЛАССИ4«КАЩШ ДИСКРЕТНЫХ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее блок линий задержки, вход которого является входом устройства , К индентичных каналов (где К - число классов сигналов), каждый из которых содержит весовой сумматор , блок вычитания, сумматор и амплитудный дискриминатор, опорные входа амплитудных дискриминаторов всех К каналов подключены соответственно к выходам блока задания пороговых напряжений, а жоды амплитудных дискриминаторов всех К каналов соединены соответственно с входами блока сравнения, выход которого подключен к входу блока индикации, отличающееся тем, что, с целыо повышения точности, оно содержит гё нер атор такт о вых импульсов, /первый и второй регист сдвига, коммутатор входных сигналов и каждк из К каналов (К - число классов сигналов ) содержит квадратор, коммутатор сигнала ошибки с m выходами, (где m - число накапливаемых сигналов ошибки) и (т-1) элементов памяти , выходы которых в каждом канале подключены соответственно к входам сумматора своего канала, выход которого соединен с информационным входом амплитудного дискриминатора своего канала, выходы блока линий задержки подключены соответственно к информационньм входам коммутатора входных сигналов, каждый выход которого подключен к одноименньм входам весовых сумматоров всех каналов, выход весового сумматора каждого канала соединен с первым в;ходом блока вычитания своего канала, а выход , блока вычитания через квадратор своего канала подключен к информационно (Л му входу коммутатора сигнала ошибки своего канала, (т-1) выходов которо го соединены с информационными входами (т-1) элементов памяти своего канала, а т-й выход - с соответствуюошм входом сумматора своего канала, остальные входы сумматора подключены к выходам () элементов памяти О5 своего канала, входы первого и втоо рого регистров сдвига объединены 4 и Подключены к выходу генератора СО тактовых импульсов, вход которого СП объединен с входами блоков вычитания всех каналов и входом блока ЛИНИЙ задержки, выход первого регистра сдвига подкшочен К управляющему входу коммутатора входных сигналов, m выходов второго регистра сдвига подключешл к управляющим входам соответственно коммутаторов сигнала ошибки, а т-и выход - к управляюцш входам элемент тон памяти .всех каналов устройства.j

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(5I) G 06 F 15/36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTMA (21) 3669056/24-24 (22) 05 ° 1,2.83 (46) 07.06. 85. Бюл. У 21 (72) А.А. Елисеев, В.В. Изранцев, А.С. Кузьмин, О.В. Мишура и В.В. Яковлев (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 681.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 418859, кл. С 06 Р 7/00, 1972.

Авторское свидетельство СССР

У 771673, кл. G 06 F 15/36, 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ .КЛАССИФИКАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее блок линий задержки, вход которого является входом устройства, К индентичных каналов (где

К вЂ” число классов сигналов), каждый из которых содержит весовой сумматор, блок вычитания, сумматор и амплитудный дискриминатор, опорные входы амплитудных дискриминаторов всех К каналов подключены соответственно к выходам блока задания пороговых напряжений, а и ыходы амплитудных дискриминаторов всех К каналов соединены соответственно с входами блока сравнения, выход которого подключен к входу блока индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно содержит генератор тактовых импульсов, первый и второй регистры сдвига, коммутатор входных сигналов и каждый из К каналов (К - число классов сиг, налов) содержит квадратор, коммутатор сигнала ошибки с в выходами, (где в — число накапливаемых сигнаЛБ, 1160435 . А

- лов ошибки) и (т1) элементов памяти, выходы которых в каждом канале подключены соответственно к входам сумматора своего канала, выход которого соединен с информационным входом амплитудного дискриминатора своего канала, выходы блока линий задержки подключены соответственно к информационным входам коммутатора входных сигналов, каждый выход которого подключен к одноименным входам весовых сумматоров всех каналов, выход весового сумматора .каждого канала соединен с первым входом блока вычитания своего канала, а выход ,блока вычитания через квадратор своего канала подключен к информационному входу коммутатора сигнала ошибки своего канала, (ю-1) выходов которого соединены с информационными входами (е-1) элементов памяти своего канала,.а rn-й выход - с соответствующим входом сумматора своего канала, остальные входы сумматора подключены

Ю- к выходам (m-1) элементов памяти

Вила свбего канала, входы первого и второго регистров сдвига объединены Ю и подключены к вькоду генератора ам тактовых импульсов, вход которого объединен с вторыми входами блоков вычитания всех каналов и входом блока линий задержки, выход первого .регистра сдвига подключен к управляющему входу коммутатора входных сигналов, в. выходов . второго регистра сдвига подключены к управляющим входам соответственно коммутаторов сигнала ошибки, а ю-й выход - к управляющюи входам элемен-. тов памяти. всех каналов устройства.

1 11604

Изобретение относится к вычисли- тельным машинам, в которых часть вычислений осуществляется с помощью электрических устройств, а именно к устройствам для обработки информа5 ции специального назначения с точки зрения конструкции вычислительного устройства для сложных математических операций, и может быть использовано в области статистической обработки входных сигналов и в радиотехнике.. Подобные известные устройства классификации дискретных случайных сигналов являются удовлетво. рительными, когда необходимо обеспе- 15 чить сравнительно низкую вероятность правильной классификации при ограниченном времени наблюдений.

Целью изобретения является повышение точности путем устранения зависимости при классификации сигналов от среднего значения дискретного случайного процесса.

На чертеже дана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит блок 1 линий задержки, генератор 2 прямоугольных импульсов, первый и второй регистры 3 и 4 сдвига, блок 5 задания пороговых напряженийу коммутатор б входных сигналов, весовые сумматоры 7.1-7.К, блок 8.1-8.K вычитания, квадраторы 9.1-9.К, коммутаторы

10. 1-1О.К сигнала Ошибки, элементы

11. 1-11.К памяти, сумматоры 12.112.К, амплитудные дискриминаторы

13. 1-13 .К,блок 14 сравнения и блок

15 индикации.

Принцип работы устройства основан на использовании метода прогноза значений дискретного случайного процесса и сравнения результатов прогноза с наблюдаемьз(и данными.

Точность прогноза зависит от степе" ни соответствия используемой при прогнозе математической модели дискретного случайного процесса математической модели фактически наблю1 даемого процесса.. Уравнение статистического прогноза получают с и@поль-50 зованием математических моделей прог.. ноэируемых сигналов,. Ирогноз строится на основе априорной информации, полученной от определенного числа . значений отсчетов дискретного. случай»55 ного процесса. Для изобретения прогнозироваться будет классифицируемый сигнал. В общем Виде предлагаетея

35 2 следующая математическая модель для классифицируемого сигнала

P з() -Х v(n- J+GX B.U(n-jJ, ь,=1, (1) т где Ugn )- наблюдаемая входная последовательность; а;, — весовые коэффициентьц р,q — порядок модели;

G — усиление.

С увеличением порядка модели увеличивается степень соответствия математической модели реальному сигналу. При сравнении прогнозируемых сигналов с реальными в каналах классификации вырабатываются сигналы ошибок. В том случае, когда про-. гноэируемый и реальный сигналы описываются одинаковыми математическими моделями, ошибка прогноза оказывается малой и не превышает наперед заданного порогового уровня. Устройство будет фиксировать наличие сигнала определенного класса. Уравнение линейного прогноза классифицируемого сигнала может быть получено следующим образом . По известным значениям корреляционной функции R gN) и заданной математической модели классифицируемого сигнала составля" ется система уравнений вида

Щ -e R(oj-а, ч1)-.....-ot 9tH- (), 21" "211С13 сЮО) ° ..-. -6„Й j<2j, (Ц ((и)-к„ф-<3-(р(я-ф.. -а„В(о) .Предполагая, что прогноз является несмещенным, выражение для прогнозируемого значения случайного процесса у (и j на один шаг вперед имеет

ВИД

J (iI%1)= + a. q(n- ) 1.1

Коэффициенты а; могут быть определены при решений системы уравнений (2).. Предлагаемое устройство классификации дискретных случайных сигналов включает в себя блок 1 линий задержки с Н выходами, на каждом из которых имеется информация о значении дискретного случайного сигнала на предыдущих отсчетах.

Время, задержки сигналов соответствует времени дискретизации входного случайного процессае Число ОтВОдОВ блока 1 выбирается из заданного

3 1160 порядка математической модели N, С блока 1 сигналы поступают на сигнальный вход (управляемого) коммутатора 6 входных сигналов. Коммутатор 6 входных сигналов необходим для одновременного подключения выходов блока 1 к линии задержки к входам весовых сумматоров 7. Время подключения определяется заданным . порядком математической модели вход- 1б ного случайного процесса. На управляющий вход коммутатора 6 входных сигналов поступает сигнал с выхода первого сдвигового регистра 3. Сиг нал с регистра Э подается на управля- 1 ющий вход коммутатора 6 входных сигналов, который подключает отводы блока 1 линий задержки к входам весовых сумматоров 7. Входным сигналом для коммутатора 6 входных сигна« лов являются импульсы на выходе генератора 2 прямоугольных импульсов (ГПИ). Дпительность импульса на выходе ГПИ равна максимальной длитель-, ности входного сигнала. С приходом каждого входного сигнала ГПИ формирует импульс, который подается на первый регистр Э сдвига. На выходе весовых сумматоров 7.1-7.К имеем прогнозируемое значение входного сигнала. уfn+1) . .Весовые коэффициенты а- выбираются исходя из уравнеI ния (3) оптимального прогноза. Резисторы сумматора 7 использует, заданwe весовые коэффициенты а, в выраже1 33 нии (3). Для определения принадлежности входного случайного процес.cs одному из К классов в предлагаемом устройстве используется ошибка прогноза, которая равна разности

49 между пришедшим сигналом и прогноз зируемым значением процесса y$n) Ь y(n+I) - y(n+1j.

Сигнал ошйбки прогноза получен 4$ на выходе блока 8.1-8.К вычитания.

На первый вход блока 8 вычитания каждого канала поступает сигнал с выхода весового сумматора 7 своего канала классификации. На второй $6 вход блока 8 вычитания поступают сигналы с входа устройства; Сигнал ошибки прогноза возводйтся в квадрат в квадраторах 9.1-9.К. Возведенный в квадрат сигнал ошибки .прог- N ноза поступает на сигнальный вход коммутатора сигнала ошибки 10. 1-10.K. управление коммутаторами в каждом

435 4 из К каналов классификации осуществляется с помощью второго регистра 4 сдвига. Входными сигналами для второго регистра 4 сдвига являются импульсы ГПИ 2. Второй регистр 4 формирует импульсы, с помощью котоt.. рых сигнал на выходе квадраторов ,9.1-9.К последовательно подключается к элементам 11 памяти. Число накапливаемых сигналов ш ошибки прогноза рассчитывается по заданной вероятности правильной классификации.

Алгоритм накопления сигнала ошибки осуществляется следующим образом.

Сигнал ошибки прогноза с выхода квадраторов 9. 1- 9.К подается на коммутатор сигнала ошибки 1О;1-10.К.

Сигналы с m-1 выходов коммутатора сигнала ошибки последовательно подключаются к m-1 элементам 11 памяти, Сигналы с m"1 выходов элементов 11 памяти подключаются к входу сумматора 12.1-12.К, à m-й выход комму.татора 10 сигнала ошибки непосредственно поступает на вход сумматоров 12. 1-12.Ê. Первый сигнал, полученный на выходе квадраторов 9. 1-9.К, поступает через коммутатор 10 сигнала ошибки на первый элемент 11 памяти, второй сигнал — íà второй элемент памяти и так далее. Управляемые сигналы формируются на выходе второго регистра 4 сдвига, у которого число триггеров соответствует числу накапливаемых сигналов. Сигнал с выхода первого триггера поступает на первый управляемый вход, со второго триггера на второй и так далее (на чертеже не показано). С приходом m-ro сигнала сигнал с. выхода m-го триггера поступает на вход а-1 элементов

11 памяти и на а-й вход комиута= тора сигнала ошибки 10.1-1О.K.

Таким образом, на выходе сумматоров

12. 1-12.К имеем сумму квадраторов ошибки прогноза. Следует отметить, что использование накопления сигнала ошибки прогноза приводит к более высокой вероятности правильной клас-, сификации. Для увеличения вероятнос» ти правильной классификации достаточно увеличить m т.е. добавить необходимое количество элементов 11 asмяти ошибки..Сигналы с выходов сумматоров 12. 1"12.К поступают на вход ампдитудкого дискриминатора 13, на управляащий вход которого поступают напряжения е блока 5.задания пороговых напряжений, Величина порога опре1160435 деляется на основе использования известных статистических свойств входного сигнала. Как правило, плотность вероятности входного сигнала подчиняется. нормальному закону с дисперси» ей Ь и математическим ожиданием, равным нулю 3

1 а и(у)— е

127 0

Так как прогноз является Несмещенным, среднее значение процесса на выходе весовых сумматоров 7.1-7.К равно нуло. При вычитании с блоков ,8.1-8.К вычитания двух случайных величин с нулевьм средним значением на выходе имеем ошибку прогноза также со средним значением, равным нулю.

Плотность вероятности случайного сигнала на выходе квадраторов 9. 1-9,К;

20 имеет вид пя \ 1 1) .при у ъ О

5Ä4)= при у (Я

О

Очев ио что ве оятность п as ид у P р иль- ной классификации при отсутствии накопления.

Р„„=1- а,()a, 0„ где И„ величина порогового напряжения .

Фактическим параметром различным для каждого из К классов при классификации сигналов в устройстве является сумма квадратов ошибки прогноза.

При превышении установленного порогового напряжения величина суммы квадратов ошибки прогноза оказывается выше заданного значения и входной сигнал будет отнесен к, другому классу сигналов. В дискриминаторах

13.1-13.К сравниваются сигналы на выходе сумматоров 12 с пороговыми напряжениями. На выходе дискриминаторов 13.1-13,К имеем импульсы с амплитудой, равной амплитуде сигнала на выходе амплитудного дискриминатора и длительностью, соответствующей максимальному по длительности входному сигналу. В блоке 14 сравнения выбирается максимальный по амплитуде из К классифицируемых сигналов и на блоке 15 индикации загорается светодиод с номером, соответствующим классу входного сигнала.

11б0435

Составитель Э. Сечина

Редактор Г. Волкова Техред Л.Коцюбняк Корректор М, Самборская

Заказ 3781/48 Тираж 7N Подписное

ЭНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4