Устройство для классификации случайных сигналов

 

Изобретение относится к области вычислительной техники, радиотехники и связи. Цель изобретения - повьшение точности и надежности классификации. Это достигается введением блоков: трехканальной схемы сравнения, блока выбора решения, блока анализа и блока принятия решения с соответствукяцими связями. Устройство предназначено для определения типа случайного сигнала в радиотехнических системах . 6 ил.

сосэ мветсних социалистических

РЕСГЬБЛИН (я)4 СО60.7 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ гссуда ственный номитет сссР пО де оАМ изОБРетений и ОтнРытий (21.) 3693505/24-24 (22) 18.01.84 (46) 23.05.86. Вюл. 1Ф 19 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт нм. Серго Орджоникидзе (72) А.С.Про-,опопов и В.И.Жуков (53) 681.3(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 834722, кл. G Об G 7/52, l980.

Котюк А.Ф., Ольшевский В.В., Цветков Э.И. Методы и аппаратура для анализа характеристик случайных процессов. — N. Энергия, 196?, с. 3-6. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ

СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к области вычислительной техники, радиотехники и связи. Цель изобретения — повышение точности и надежности классификации.

Это достигается введением новых бло- ков: трехканальной схемы сравнения, блока выбора решения, блока анализа и блока принятия решения с соответствукицими связями. Устройство предназначено для определения типа случайного сигнала в радиотехнических системах. б ил.

I2331Я4

Изобретение относится к вычислительной технике радиотехнике и .".Вязи и предназначено для определения типа случайного сигнала. в радиотехнических системах. 5

Цель изобретения — повышение точности и надежности классификации.

На фиг.! представлена блок-схема устройства для классификации случайных сигналов; на фиг.2 — схема трехканального блока сравнения; на фиг.3— схема блока выбора решения; на фиг.4— схема блока анализа, на фиг.5 — схема блока принятия решения; на фиг. 6— эпюры напряжений, поясняющие работу I5 устройства.

Устройство для классификации случайных сигналов (фиг.1) содержит два полосовых фильтра 1 и 2, коммутатор

3, блок 4 определения (измеритель) ZÎ корреляционной функции,, генератор 5 пилообразного напряжения, блок 6 задания эталонных напряжений, блок 7 определения (измеритель) плотности вероятности, счетчик 8 пиков автокар- реляции, блок 9 синхронизации (синхронизатор), три цепочки 10.-10, блок 11 выбора решения, блоки 12 и

I3 анализа, блок 14 принятия решения, регистратор 15. ЗО

Цепочки 10 {фиг.2), содержат три узла 16, — 16 определечия модуля разности,три узла 17, — 17 интегрирования и три схемы 18,-IB сравнения.

Выходы полосовых фильтров 1 и 2 соединены с информационными входами

{электронного) коммутатора 3, выход которого соединен с входами измерителя 7 плотности вероятности и измерителя 4 автокорреляционной функции, 1п выход измерителя автокорреляционной функции соединен с информационным входом счетчика 8 пиков автокорреляции, выход счетчика 8 соединен с информационным входом первого блока 12 анализа, оба выхода блока

12 анализа соединены с соответствующими входами блока 14 принятия рсшения, выход измерителя 7 плотности вероятности соединен с информацион- 1О ными входамй узлов 16< † цепочек

10, входы эталонов которых соединены с соответствующими выходами блока 6 задания эталонных напряжений. тпсавляющий вход блока 6 задания эта- > лонных напряжений, соединен с выходом генератора 5 пилообразного напряжения, вход которого соединен с первым выходом синхро— ниэатсра 9 и управляющим входам счетчика 8. второй выход синхронизатора 9 соединен с входами сброса узлов 17 интегрирования цепочек 10, три выхода цепочек 10 соединены с соотве.тствующими информационными входами блока 11 выбора решения, информационный выход блока 11 соединен с информационным входом второго блока

13 анализа, выходы которого соединены с соответствующими входами блока

14 принятия решения, три управляющих входа которого соединены с соответствующими управляющими выходами блока 11 выбора решения, управляющие входы Rçèåpèòeëÿ 4 автокорреляционной функции и измерителя 7 плотности вероя"..ности соединены с выходом генератора 5 пилообразного напряжения, первый и второй управляющие входы коммутатора соединены соответственно с соответствующими выходами синхронизатора и первым и вторым управляющими входами обоих блоков 1Z и 13 анализа, третий и четвертый управляющие входы блоков анализа подключены к соответствующим выходам синхронизатора., последний выход синхронизатора 9 подключен к управляющему входу блока 11 выбора решения, выходы б;1ока 14 принятия решения соединены с соответствующими входами регистратора 15,.

Устройство работает следующим образом.

Полосовые фильтры 1 и 2 настроены на частоты. отличающиеся на величины не менее полосы пропускания.

Коммутатор 3 подключает поочередно на время одного такта выходы фильтров 1 и 2 к входам измерителя 7 плотности вероятности и измерителя 4 автокорреляпионной функцш .

Измеритель ";- автокорреляционных функций вырабатывает импульсы напряжения, периодичность следования которых соответствует периодичности автокорреляционной фучкции выходного напряжения фильтров.

Параметры измерителя автокорреляционной функции: -, = 1000 мкс:

21й =. 2 м1ц.

Изменяя потенциалы вер-:икальных пластин функциональной трубки можно изменять форму эталонного напряжения закона распределения).

3 !233!

Измеритель 7 плотности вероятности вырабатывает импульсы напряжения, форма которых соответствует форме закона распределения вероятности выходного напряжения фильтров. 5

Цепочки 10 осуществляют сравнение импульсов напряжения соответствующих измеренной плотности вероятности и эталонному напряжению, вырабатывая напряжение, величина которого пропор- !0 циональна величине

Конкретные данные, выдаваемые регистратором, устанавливаются в процессе настройки (обучения) классификатора.

Полный цикл классификации состоит иэ двух тактов. На первом такте измеряются плотность вероятности и автокорреляционная функция процесса на выходе фильтра 1, на втором — на выдр(х) f 1р(х)-р(х)idx

Блок 1! выбора решения (фиг.З) вы- !5 носит единственное решение при четырех возможных комбинациях выходных сигналов цепочек 10. Этот блок состоит из шести элементов НЕ 19-24, иэ трех элементов И-HE 25-27, трех триг- 20 геров 28-30 и элемента ИЛИ 31. Блок имеет информационные входы 1-3, управляющий вход 4, управляющие выходы

1-3 и информационный выход 4, причем управляющие выходы соответствуют ин- 25 формационным входам тех же номеров.

Например, пусть сигналы появились на входах 1 и 2 блока 11 выбора решения. Тогда сигнал появится на выходе элемента НЕ 23. При этом на всех трех входах элемента И-НЕ 27 будут существовать сигналы соответственно появится сигнал и на его выходе.

Этот сигнал подают на вход элемента

НЕ 24 и на его выходе появится сиг3S нал. На выходах элементов НЕ 20 и 22 сигналов не будет. Сигнал появится на управляющем вьгкоде 3 и на информационном выходе 4 блока 11. Эта ситуация соответствует принятию решения о соответствии измеренного напряжения плотности вероятности эталону

N- 3.

Схема блока выполнена на микросхемах 155 серии.

Блоки 12 и 13 анализа (фиг.4) включают в себя четыре ключа 32-35, два триггера 36-37, один сумматор 38 и один элемент НЕ 39.

Электронные ключи 32 и 34 пооче- 50 редно подключают информационный вход, блока анализа к информационным входам триггеров Зб и 37, осуществляющих запоминание результатов измерения на каждом такте измерения. Вхо- 55 ды сумматора 38 одновременно с помошью электронных ключей 33 и 35 подключаются к выходам триггеров Зб и

84 4

37 после окончания второго такта классификации ° .

Если сигналы (единицы) появляются на обоих входах сумматора 38, сигнал на его выходе переноса (выход Р )обращается в нуль и соответственно появляется сигнал (единица) на выходе

2 блока анализа. В случае появления сигнала только на одном из входов сумматора 38, появляется сигнал (единица) на его выходе суммы (выход S).

Входы 1 — 4 являются управляющими входами. Выход l блока анализа является выходом суммы (S) а выход 2— выходом переноса (Р ).

Схема блока анализа выполнена на микросхемах 155 серии.

Блок !4 принятия решения (фиг.5) производит совместную обработку выходных сигналов обоих блоков анализа.

Он состоит из двух сумматоров 40 и

41, двух элементов НЕ 42 и 43 и семи ключей 44-50, причем входы первого

40 сумматора соединены с выходами .

3 суммы (выходы 1) первого и второго блоков анализа, а входы второго сумматора соединены с выходами переноса (выходы 2) .первого и второго блоков анализа.

Входы — 3 блока принятия решения являются управляющими, а входы

4 — 7 — информационными.

Пусть, например, сигналы появились на входах 4 и 5 блока 14 принятия решения, тогда появится сигнал на выходе переноса сумматора 40 и соответственно на выходе первого элемента НЕ 42, и при наличии сигнала на управляющем входе 1 появится сигнал на выходе ключа 45.

Функциональные узлы блока принятия решения выполнены на микросхемах

155 и 284 серий.

Регистратор предназначен осуществить визуальную индикацию класса случайного сигнала и выполняется с использованием лампочек накаливания, светодиодов, индикаторов на жидких кристаллах и др.

1233184 ходе фильтра 2. На каждом из тактов производится сравнение напряжений, генерируемых блоком эталонных напряжений, и напряжения, соответствующего измеренной плотности вероятности, а также подсчет числа ликов автокорреляции. В результате в конце каждого такта классификации на выходе блока 11 выбора решения вырабатывается 1О напряжение, соответствующее тому эталонному напряжению, которое по форме наиболее близко к форме напряжения, даваемого измерителем 7 плотности вероятности, а на выходе счетчика 8 вы- 15 рабатывается напряжение, указывающее на многопиковый или однопиковый характер автокорреляционной функции.

Эти напряжения поступают на блоки 12 и 13 анализа. После окончания второго 20 такта классификации в блоке анализа осуществляется междутактовая обработка сигналов, полученных на каждом из тактов, Сигналы с выходов двух блоков 12 и 13 анализа поступают на вхо- 25 ды блока 14 принятия решения, в котором осуществляется совместная обработка сигналов, полученных в результате вероятностного, корреляционного и спектрального анализов входного процесса, В результате выносится решение о классе действующего сигнала.

Рассмотрим функционирование устройства на примере следующих сигна- у.,лов: периодическая последовательность радиоимпульсов и шумовой сигнал, Сигнал — последовательность радиоимпульсов (фиг.ба,l). 40

При запуске устройства классификации синхронизатор 9 формирует напряжение для синхронизации работы генератора 5 пилообразного напряжения, управляет коммутатором 3, который 4. 1 подключает фильтр (Ф, ) 1 к вхоцам измерителей 7 плотности вероятности и автокорреляционной 4 функции. Начинается первый такт классификации.

Напряжение на выходе измерителя 7 so плотности вероятности имеет вид группы из трех импульсов различной амплитуды (фиг.ба,3). Эталонные напряжения имеют вид, указанный на фиг.ба, 4-6, Напряжение на выходе измерите- 55 ля 4 автокорреляционной функции имеет вид периодической импульсной последовательности (фиг.ба,7).

Схема выбора вырабатывает сигнал на управляющем и информационных выходах соответствующий эталону для периодической импульсной последовательности (фиг.ба,8). Этот сигнал запоминается в блоке анализа (фиг.ба,9).

Одновременно на выходе счетчика 8 появится сигнал (фиг.ба,lO), поскольку число пиков автокорреляции более одного. Этот сигнал запоминается в первом блоке анализа. Первый такт классификации на этом заканчивается.

Начинается второй такт классификации, Синхронизатор 9 повторно запускает генератор 5 пилообразного напряжения, коммутатор 3 подключает измерители плотности 7 вероятности и автокорреляционной 4 функции к фильтру 2 (Ф ).

:В силу узкополосности входного сигнала, напряжение на выходе фильтра 2 отсутствует; плотность вероятности и автокорреляционная функция имеют нулевые значения. Сигналы на входах блоков анализа отсутствуют (фиг.ба 11 такт), По окончании второго такта синхронизатор 9 замыкает ключи 32 и 35 в блоках 12 и 13 анализа и сигналы поступают соответственно на входы сумматоров 38 в каждом из блоков 12 и 13 анализа. На выходах суммы обоих блоков появится сигнал (фиг.ба,11,12), а на выходах переноса сумматоров напряжение отсутствует. Сигналы первого и второго блоков 12 и 13 анализа суммируются в блоке 14 принятия решения.

На выходе переноса первого 40 сумматора блока 14 принятия решения появится сигнал. На остальных выходах сумматоров 40 и 41 сигналы отсутствуют. Присутствие сигнала на управляющем входе 1 блока 14 принятия pemeния открывает через ключ 45 этого блока выход на индикацию импульсного периодического сигнала (ИПС).

Шумовой сигнал (фиг.бб.l)

С учетом широкополосности спект, ра частот входного процесса на выходах фильтров 1 и 2 (Ф и Ф ) будет напряжение. Измеренные плотности вероятности на обоих тактах классификации имеют вид гауссовой кривой (фиг.бб,3), а автокорреляционная функция имеет- вид одиночного импульса (фиг.бб,7). Поэтому после второго такта классификации сигнал вырабатывается только на выходе переноса вто12331 8ц рого блока 13 анализа и на втором управляющем выходе блока ll выбора решения (фиг,бб,8). При подобной комбинации входных сигналов блок 1ч принятия решения открывает путь для индикации шумового широкополосного сигнала.

Формула изобретения 1Î

Устройство для классификации случайных сигналов, содержащее блок определения корреляционной функции, блок определения плотности вероят- 15 ности и регистратор, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности и надежности классификации, оно содержит коммутатор, блок задания эталонных напряжений, три це- 20 почки, состоящие из последовательно соединенных узла определения модуля разности, узла интегрирования и схемы сравнения, блок выбора решения, счетчик, первый и второй блоки акали- 25 за, блок принятия решения, генератор пилообразного напряжения, синхронизатор и первый и второй полосовые фильтры, входы которых являются со" ответственно первым и вторым входами ЗО исследуемых сигналов устройства, а выходы подключены соответственно к первому,и второму информационным входам коммутатора, выход которого соединен с информационными входами блока определения корреляционной функции и блока определения плотности вероятности, выход генератора пилообразного напряжения соединен с синхровходами блока определения корреляционной 40 функции, блока определения плотности вероятности и входом запуска блока задания эталонных напряжений, выходы которого соединены соответственно с первыми информационными входами уз- 45 лов определения модуля разности всех цепочек, вторые информационные входы которых объединены и подключены к выI ходу блока определения плотности вероятности, а первый выход синхрониза-5О тора подключен к входам сброса узлов интегрирования трех цепочек, второй выход синхронизатора подключен к синхронизирующему входу генератора пилообразного напряжения и тактовому вхо-55 ду счетчика, счетный вход которого соединен с выходом блока определения корреляционной функции, а выход подключен к информационному входу первого блока анализа, первый и второй управляющие входы которого объединены с первым и вторым управляющими входами второго блока анализа, электронного коммутатора и подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока синхронизации, пятьгй и шестой выходы которого соединены соответственно с третьими и четвертыми управляющими входами первого и второго блоков анализа, выход переноса и информационный выход каждого из которых подключены соответственно к первому и второму входам переноса и первому и второму информационным входам блока принятия решения, группа выходов которого соединена соответственно с группой входов регистратора, а первый„ второй и третий управляющие входы блока принятия решения подключены соответственно к трем управляющим выходам блока выбора решения, синхровход которого подключен к шестому выходу синхронизатора, а первый, второй и третий информационные входы блока выбора решения соединены с выходами схем сравнения трех цепочек, прн этом блок выбора решения содержит три триггера, выходы которых являются соответственно первым, вторым и третьим управляющими выходами блока, элемент ИЛИ, выход которого является информационньпк выходом блока выбора, шесть элемен"îí НЕ и три элемента И-НЕ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого, второго и третьего элементов НЕ, а выходы элементов И-НЕ соответственно через четвертый, пятый и шестой элементы HE подключены к входам элемента ИЛИ и первым входам триггеров, вторые входы которых объединены и образуют синхровход блока выбора, вход первого элемента НЕ объединен с вторыми входами второго и третьего элементов И-НЕ и является первым информационным входом блока, вход второго элемента НЕ объединен с вторым входом первого и третьим входом третьего элемента И-НЕ и является вторым информационным входом блока, вход третьего элемента НЕ объединен с третьими входами первого и второго элементов И-НЕ и является третьим информационным входом блока выбора, при этом каждый блок анализа состоит из сумматора, прямой выход которого является информационным выходом блока, а инверсный — через элемент НЕ образует выход переноса блока, четыре ключа и два триггера, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго ключей, а выходы подключены к информационным входам соответственно тре- tC тьего и четвертого ключей, выходы которого соединены соответственно с входами первого и второго слагаемых сумматора, информационные входы первого и второго ключей объединены и 15 являются информационным входом блока, управляющие входы первого и второго ключей являются соответственно первым и вторым управляющими входами блока анализа, а попарно объединенные вторые входы первого и второго триггеров и управляющие входы третьего и четвертого ключей являются соответственно третьим и четвертым управляющими входами блока анализа, блок принятия решения содержит первый и второй сумматоры, первые и вторые входы которых являются соответственно с первого по четвертый информационными входами блока, семь ключей, выходы которых образуют группу выходов блока и два элемента НЕ, входы которых соединены с выходами переноса соответственно первого и второго сумматоров, управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей объединены н являются первым управляющим входом блока, информационные входы первого и шестого ключей объединены и подключены к выходу суммы первого сумматора, а выход первого элемента НЕ подключен к информационному входу второго ключа, информационные входы третьего и пятого ключей объединены и подключены к выходу суммы второго сумматора, выход второго элемента НЕ соединен с информационными входами четвертого и седьмого ключей, управляющий вход пятого ключа является вторым управляющим входом блока принятия решения, а управляющие входы шестого и седьмого ключей объединены и образуют третий управляющий вход блока принятия решения.

Якч Р/

РэлмА

ЬлюРУ ьд

РюкаР/

Юе.У )Яра

ЮюР

Вам/

1233184

l233l84

Уеаюв ХявюiЪмем сне 1вамвХ яв ur

Составитель Э.Сечнна.

Техред М.Ходанич Корректор Е.Рошко

Редактор С.Патрушева

Заказ 2773/52 Тираж 671 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4