Устройство для классификации случайных сигналов

 

Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано в радиотехнике, медицине и сейсмологии. Целью изобретения является повышение достоверности классификации путем повышения помехоустойчивости устройства. Введение в устройство интегратора, управляемого клиппированным напряжением, и компаратора с регулируемым порогом сравнения позволяет исключить влияние на работу устройства шумов и помех, амплитуда которых меньше порога сравнения. Использование ПЗУ, у которого в ячейках памяти записаны типы классифицирующих сигналов, исключает затраты времени на сравнение с эталонами и повышает быстродействие устройства. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 5 С O i R 23/16

i ; Q C E: r>

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

iH A ВТОРИЧНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ !"ОСУДАРСТБЕННЫЙ НОМИТЕТ

;!1О- ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

;Г1РИ ГННТ СССР

;(21) 4487851/24-21

;(22) 15.07.88 (46) 07.08,90, .Вюл. !1- 29 (72) А.А.Чалый, В. H. Вдовушкин . Н.H.Àíäðååâ

1;53) 621. 317 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

785785, кл. G 01 R 23/16,. 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИ ЛУЧАйНЫХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к области радиоизмерений и может быть использовано в радиотехнике, медицине и сейсмологии. Целью изобретет я являИзобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано в радиотехнике, медицине и сейсмолог>-:è.

Цель изобретения — повьппейие достоверности классификации путем повышения помехоустойчивости устройства.

На фиг.1 изображена структурная с>ема предлагаемого устройства; на фиг.2 — структурная схема блока счетчиков, решающего блока, блока управления и индикатора; на фиг. 3 — временные графики, поясняющие работу устройства; на фиг.4 — временные графики, поясняющие работу блока счетчиков, решающего блока и блока управления, Устройство для клас ификации случайных сигналов содержит блок 1 центрирования, усилитель 2, блок 3 дифференцирования, интегратор 4, блок 5 кг!иппирования, компаратор 6, задатчик ется повышение достоверности классификации путем повышения помехоустойчивости устройства. Введение в устройство интегратора, управляемого клиппированным напряжением, и компаратора с регулируемым порогом сравнения позволяет исключить влияние на работу устройства шумов и помех, амплитуда которых меньше порога сравнения. Использование ПНУ. у которого в ячейках памяти записаны типы классифицирующих сигналов, исключает затраты времени на сравнение с эталонами и повышает быстродействие устройства. 2 з. п, ф — лы, 4 ил.

7 порога, блок 8 счетчиков, решающий блок 9, блок IO управления, канал 11 обработки, индикатор 12, счетчик 13, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 14, элемент 5 памяти; дешифратор 16. таймер 17, схему 18 выделения спада импульса, элемент 19 задержки,,одновибратор 20 и триггер 21.

Устройство работает следующим об— разом.

Случайный сигнал, поступающий на вход устройства, центрируется в блоке

1 центрирования и усиливается усилителем 2. С выхода усилителя 2 напряжение поступает на входы блока 3.1 дифференцирования, интегратора 4. 1 и блока 5.1 клиппирова ия. На фиг.3а изображен случайньп cv.ãíàë на выходе усилителя 2, ограниченный по времени интервалом анализа 0 — 1, блок 5,1 клиппирования превращает этот сигнал в прямоугольные двухполярные импуль1583863 сы, которые изображены на фиг.36.Они подаются на управляющий вход интегратора 4.1, который при положительных импульсах накапливает входной сигнал, а при отрицательных обнуля" ется, Напряжение на выходе интегратора изображено на фиг.Зв. Там же изображен пороговый уровень, который подается на второй вход компаратора

6.1 и устанавливается посредством задатчика 7.1 порога. Напряжение с выхода интегратора и напряжение порога сравниваются компаратором 6.1.При превышении выходным напряжением интегратора пЬрогового напряжения компаратор вырабатывает импульс, изобра-. женный на фиг.3г. В случаях, когда выходное напряжение интегратора меньше напряжения порога, на выходе ком- 2р паратора присутствует низкий уровень, Таким образом исключаются малоинформативные выборы случайного сигнала и уменьшается влияние помех, С выхода компаратора импульсы по- 25 даются на вход счетчика 13.1. блока

8. Усиленный усилителем 2 сигнал поступает также на вход диАЬеренцирующего блока 3.1, где экстремумы случайного сигнала превращаются в нули 30 производной этого сигнала. После этого при помощи операций, аналогичных описанным для первого канала, им" пульсы с выхода каждого компаратора подаются на вход соответствующего счетчика блока слетчиков 8. По окончании фиксированного времени анализа накопленная в блоке счетчиков информация о числе импульсов с выходов компараторов всех каналов считывается 4р в решающий блок 9, в котором принимается решение о принадлежности сигнала к одному иэ классов. Выбор необходимого числа каналов обработки зависит от требуемой достоверности классифи- 45 кадин и вида случайного сигнала.Для большинства практических применений достаточно двух" трех каналов обработки.

Выбор порога, с которым сравнивается выходное напряжение интегратора, проводится так, чтобы обеспечить минимальную вероятность ошибки классификации. Порог должен быть выбран выше среднего уровня амплитуды направления на выходе интеграторов, создаваемого помехами. Для достижения этого перед началом работы должна производитьея установка уровня порога. Для этого на вход устройства подается сигнал, состоящий только из помех.

Устанавливается уровень порога с некоторым (5-10 7.) превышением уровня срабатывания. Например, в сейсмологии порог нужно выставить в нормальной тектонической ситуации, при медицинских измерениях по сигналам нор- мально функционирующих тел или других органов человека, в радиотехнике при отключенной антенне (учитывается воздействие внутренних шумов приемника).

В блоке 8 счетчиков, решающем блоке g и блоке 10 управления в течение одного цикла работы происходят следующие процессы, Перед началом очередного цикла работы (в интервале времени t, †: t< на фиг.4) элементы и блоки устройства находятся в следующем состоянии: элемент 19 задержки отрабатывает задержки импульса, поступившего на его вход во время предыдущего цикла работы (момент на фиг,4), и на его выходе — низкий уровень напряжения (фиг,4а). Триггер

21 находится в "нулевом" состоянии, на его прямом выходе низкий уровень напряжения (фиг.4б), а на его инверсном выходе — высокий уровень (фиг.4в), На выходе таймера 17 низкий уровень напряжения (фиг.4r); счетчики 13.1

13.N — - в нулевом состоянии (заштрихованная область на фиг.4д), так как на входы "Сброс" указанных счетчиков поступает высокий уровень напряжения с инверсного выхода триггера 21, на выхода схеме 17 выделения спада импульса низкий уровень напряжения (фиг.4ж), в элементе 15 памяти хранится результат предыдущего цикла работы (фиг.4з), который отображается индикатором 12.

По окончании времени задержки (интервал tz — t<, фиг.4) на выходе элемента 18 задержки появляется высокий уровень напряжения (момент t, фиг.4а), который устанавливает триггер 21 в "единичное" состояние, На прямом выходе триггера 21 устанавливается высокий уровень напряжения (фиг.4б), который запускает таймер

17, на инверсном выходе триггера 21 устанавливается низкий уровень напряжения (фиг. 4в), т.е. снимается сигнал "Сброс" со счетчиков 13,1 — 13,N и они проводят счет импульсов с выходов каналов 11,1 — 11,N (момент

1583863 фиг.4д). Таймер 17 генерирует импульсы высокого уровня напряжения (интервал времени t -т,фиг, 4г), дли,тельность которого меньше времени анализа на величину переходных процессов включения и выключения счетчиков 13.1. — 13.N (т.е. С время анализа минус t -t длитель4 ность импульса на выходе таймера 16) .

После спада импульса с выхода таймера 17,(момент, Лиг.4г) схема

18. выделения спада импульса генерирует импульс высокого уровня напряжеHHH (tg -tg фиг.4ж), IIo фронту кото- 15 рого проводится запись выходного . кода ПЗУ 14 (т.е. кода, записанного в его ячейке с адресом, равным выходному коду счетчиков 13.1 — 13.N в этот момент, в элемент 15 памяти (момент на фиг.4 ° з); триггер устанавливается в "нулевое" состояние (момент, фиг.4б, в); этот импульс также поступает в элемент 19 задержки ° Высоким уровнем напряжения с инверсного выхода триггера 21 (фиг.4б) устанавливаются в нулевое состояние счетчики 13,1 — 13.N (момент t, фиг..4д), По окончании импульса высокого уровня напряжение 30 на выходе схемы выделения спада импульса 18 (момент t>, фиг.4ж) цикл работы заканчивается, и устройство переходит в исходное состояние. Минимальная длительность этого импуль— са определяется временем переходных процессов в устройстве, При включении питания устройства первый цикл работы начинается с фронта выходного импульса высокого уров- 40 ня напряжения с выхода одновибратора

20, входом соединенного с шиной источника питания, который устанавливает триггер 21 в единичное состояние, ПЗУ 14 совместно со счетчика- 45 ми 13.1 — 1З.N работает следующим образом. Априорно определяют максимальные числа импульсов на выходе каналов обработки для классифицируе-, мых сигналов и по ним определяют не- 50 обходимую разрядность счетчиков, Обозначают требуемое число разрядов счетчиков 13.1 — 13,N соответственно п,. ° .п,т. Адресный вход ПЗУ 14 составляет и. разрядов.

th)

Располагаются они следующим образом. Сигналы, относящиеся к одному классу, имеют разброс параметров,определяемый законом распределения, частности его дисперсией. Поэтому при различных реализациях сигналов одного класса количество импульсов на выходах счетчиков 13.1 — IЗ.N различно. Пусть для j-го класса сигналов число вариантов кода на выходах счетчиков составляет Ь, Ъ .;,..., ...,b Число ячеек II . Ó, выделяемых для этого j-ro класса сигналов,сосIV и тавляет .Е и, П b . Разрядность

f;=< 3 ячейки определяется числом классов. если обозначить его М, то разрядность ячейки — ближайшее большее целое oi

log

Кроме того, использование ПЗУ, у которого в ячейках памяти записаны типы классифицируемых сигналов, а адресами этих ячеек являются коды числа импульсов, соответствующие этим типам, позволяет не затрачивать времени на сравнение с эталонами, т.е. получать результат классификации быстрее, чем это происходит в известном устройстве.

Формула изобретения

I. Устройство для классификации случайных сигналов, содержащее блок центрирования, усилитель N каналов обработки, каждый из которых содержит блок клиппирования, N-) последовательно соединенных блоков дифференцирования, блок счетчиков с N входами и N выходами, решаюптий блок, блок управления„ индикатор, причем вход блока центрирования соединен с входной шиной, выход — с входом уси1583863 лителя, а вход усилителя —, с вх дом первого блока дифференцирования и входами первого канала обработки, выход каждого блока дифференцирования соединен с входами каждого следующего канала обработки, выходы каналов обработки соединены с соответствующими входами блока счетчиков, а его выходы — с соответствуюпими входами решающего блока, выход решающего блока с входом индикатора, первый выход блока управления соединен с управляющими входами и решающего блока, о т— л и .ч а ю щ е е с я тем; что, с 15 целью повышения достоверности классификации, в каждый канал обработки введены интегратор, компаратор,задатчик порога, причем сигнальный вход первого интегратора соединен с входом д) канала обработки, управляющий вход " с выходом блока клиппирования, а вы- ход — с первым входом компаратора, второй вход компаратора соединен с выходом задатчика порога, второй выход блока управления соединен с управляющим входом блока счетчиков.

2 с Устроиство по и, 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что решающий блок содержит постоянное запоминаю- ЗО щее устройство, элемент памяти,дешифpàòîð причем i-й вход (i = 1 — N) (N -" количество каналов), постоянного запоминающего устройства является соответствующим входом решающего блока, а выход постоянного запоминающего устройства соединен с информационным входом элемента памяти, синхронизирующий вход которого является управляющим входом решающего блока, выход элемента памяти соединен с входом дешифратора, выход которого является выходом решающего блока.

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок управления. содержит последовательно соединенные таймер, схему выделения спада импульса, элемент задержки, RSтриггер, а также одновибратор,причем вход одновибратора соединен с шиной источника питания, а выход соединен с входом установки единичного состояния триггера, инверсный выход которого является вторым выходом блока управления, а прямой выход триггера соединен с входом таймера, выход схемы выделения спада импульса является первым выходом блока управления и соединен с R-входом триггера, выход элемента задержки соединен с S-входом тр п.гера.! 583863

AAJ

Signh(t ,и()м

158386 3

Составитель Е.Губанов

Техред Л.Сердюкова

Корректор С,Черни

Редактор А,Козориз

Заказ 2252 Тираж 559 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Г(роизводственно-издательский комбинат Патент, r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

II 19