Адаптивный дискретный согласованный фильтр сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обработки сигналов. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости и снижение влияния внутренних помех адаптивного дискретного согласованного фильтра. Технический результат достигается благодаря тому, что адаптивный дискретный согласованный фильтр сигналов содержит линию задержки сигналов, входные ячейки нейронной сети, нейросумматоры, блоки вычисления активационной функции, перемножители, отражающие импульсную характеристику принимаемого сигнала, сумматор, решающее устройство. Адаптивный дискретный согласованный фильтр осуществляет обнаружение сложного сигнала с искажениями различного типа, при этом нейронная сеть выравнивает эти искажения сигнала под заданную импульсную характеристику в соответствии с перемножителями. 1 ил.

 

Изобретение относится к схемам обработки сигналов.

Общеизвестно устройство дискретных согласованных фильтров сигналов, состоящих из линии задержки сигналов, сумматора, перемножителя и решающего устройства, предназначенных для снижения помех при обработке сигналов [1].

Из уровня техники известен дискретный согласованный фильтр сигналов, описанный в заявке на изобретение №2006141281, кл. Н03Н 17/00, 2008.06.10, включающий последовательно соединенные перемножитель, фильтр нижних частот, линию задержки сигналов, сумматор, решающее устройство, при этом выход сумматора соединен с входом устройства снятия постоянной составляющей выходного сигнала, образуя автокорреляционную функцию псевдошумового сигнала.

Известен дискретный согласованный фильтр сигналов, описанный в патенте на изобретение №2310978, кл. Н03Н 17/00, 2007.11.20, относящийся к устройствам оптимального асинхронного приема сигналов, обеспечивающий повышение помехоустойчивости к трансформации сообщений и чувствительности по срабатыванию. Данный дискретный согласованный фильтр также содержит линию задержки сигналов, сумматор, перемножитель и решающее устройство, порог срабатывания которого выбирается по критерию Неймана-Пирсона, исходя из требований по вероятностям ложных тревог и надежности работы.

Недостатком всех описанных выше дискретных согласованных фильтров сигналов является их низкая помехоустойчивость, обусловленная отсутствием учета влияния постоянных искажений сигналов, вызванных внешними аддитивными и мультипликативными помехами, а также искажений, вызванных техническими особенностями реализации линий задержки, особенно на емкостной элементной базе. Это приводит к снижению корреляционного отклика существующих дискретных согласованных фильтров сигналов и, следовательно, к снижению помехоустойчивости дискретных согласованных фильтров сигналов. Кроме того, представленные выше дискретные согласованные фильтры сигналов существенно теряют в помехоустойчивости при возникновении несократимых ошибок в сигнале, так как их перемножители отражают импульсные характеристики ожидаемого сигнала и фиксированы, и в случае искажения принимаемого сигнала отклик таких фильтров существенно снижается, снижая помехоустойчивость дискретного согласованного фильтра сигналов.

Устранение этих недостатков возможно только за счет добавления в дискретный согласованный фильтр сигналов блоков ассоциативной памяти, реализованных в нейронной сети.

Учитывая вышесказанное, технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости дискретного согласованного фильтра сигналов за счет введения в его структуру блока ассоциативной памяти в виде нейронной сети, что позволит придать дискретному согласованному фильтру сигналов свойства адаптации к помехам и искажениям сигналов различного типа, что приведет к повышению помехоустойчивости при работе в каналах связи с помехами и значительно снизит влияние внутренних помех. Указанные новые свойства дискретного согласованного фильтра сигналов позволили авторам назвать его «Адаптивный дискретный согласованный фильтр сигналов».

Решение задачи или сущность изобретения заключается в том, что в адаптивный дискретный согласованный фильтр сигналов, включающий линию задержки сигналов, перемножители, отражающие импульсную характеристику принимаемого сигнала, сумматор и решающее устройство, дополнительно введена нейронная сеть, которая содержит группу нейронов, образующих слой Кохонена, входные ячейки, нейросумматоры, весовые коэффициенты связи между входными ячейками и нейросумматорами и блоки вычисления активационной функции.

Технический результат изобретения заключается в повышении помехоустойчивости за счет введения в дискретный согласованный фильтр сигналов нейронной сети, содержащей группу нейронов, образующих слой Кохонена, входные ячейки, нейросумматоры, весовые коэффициенты связи между входными ячейками и нейросумматорами, и блоки вычисления активационной функции, в результате чего устройство осуществляет обнаружение сложного сигнала, а нейронная сеть выравнивает искаженный сигнал под заданную импульсную характеристику в соответствии с перемножителями.

На чертеже показано устройство адаптивного дискретного согласованного фильтра сигналов.

Описание устройства адаптивного дискретного согласованного фильтра сигналов.

Входной сигнал в виде последовательности импульсов поступает в линию задержки сигналов 1. С линии задержки 1 сигнал параллельно поступает на входные ячейки 2 нейронной сети 3, далее сигналы с входных ячеек 2 перемножаются на весовые коэффициенты связи между входными ячейками 2 и нейросумматорами 4 и поступают на нейросумматоры 4, где происходит нейросуммирование элементов сигналов. Результат нейросуммирования элементов сигналов поступает в блок вычисления 5 активационной функции. Результат вычисления, в свою очередь, поступает на перемножители 6, отражающие импульсную характеристику принимаемого сигнала. Результаты перемножения выходов нейронной сети 3 и значений импульсной характеристики поступают на сумматор 7. На выходе сумматора 7 образуется отклик взаимокорреляционной функции скорректированного нейронной сетью 4 входного сигнала и ожидаемого сигнала с импульсной характеристикой в соответствии с перемножителями 6. Решающее устройство 8 по критерию Неймона-Пирсона принимает решение о приеме сигнала. Значение весовых коэффициентов связи вычисляется согласно алгоритму обучения нейронной сети. Например, алгоритм обучения без учителя по Хэббу, для которого обучающим множеством является входной сигнал. Алгоритм обучения, скорость его обучения и активационная функция блока вычисления 5 могут выбираться в зависимости от конкретных типов сигналов, скорости передачи сигналов и других задач. Внедрение нейронной сети 3 с обучением позволяет за счет своих свойств распознавания образов даже с существенными искажениями устранять эти искажения, устранять неустранимые ошибки, устранять влияние внутренних помех схем приема и других помех, что придает дискретному согласованному фильтру сигналов свойства адаптации к помехам и искажениям сигналов различного типа.

Источник информации

1. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. - М.: Радио и связь, 1998. - С.183, С.363.

Адаптивный дискретный согласованный фильтр сигналов, включающий линию задержки сигналов, сигналы с которой параллельно поступают на входные ячейки нейронной сети, сигналы с которых перемножаются с весовыми коэффициентами связи между входными ячейками и поступают на группу нейросумматоров, образующих слой Кохонена, результаты нейросуммирования сигналов поступают в блоки вычисления активационной функции, результаты вычисления активационной функции и значений импульсной характеристики ожидаемого сигнала поступают на перемножители, результаты перемножения поступают на сумматор, на выходе которого образуется отклик взаимокорреляционной функции, сигнал которого принимает решающее устройство по критерию Неймона-Пирсона.