Устройство для обнаружения и классификации сигнальной составляющей в потоке импульсов со случайными амплитудами

 

ОП ИСАНИЕ

И ЗОЗРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистических

Республик (877558 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено03.12.79 (21) 2844098/18-24 (sl)N. Кл.

G 06 Р 15/36 с присоединением заявки МГвеударставнный квинтет

СССР вв двлаи вэебретеннй в втнрытвй (23) Приоритет

Опубликовано 30.10.81. Бюллетень М 40

Дата опубликования описания 30. 10.81 (53) УДК 681.3 (088.8) (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ

СИГНАЛЬНОЙ СОС:ТАВЛЯЮЩЕЙ В ПОТОКЕ ИМПУЛЬСОВ

СО СЛУЧАЙНЫМИ АМПЛИТУДАМИ

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, содержашее детекторы, фильтры, центрируюший блок, делители, генераторы функций, элементы сравне-. ния, элемент совпадет<ия (lj.

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для обйаружения и классификации сигнальной составляющей в потоке импуль15 сов со случайными амплитудами, содержащее детектор, выход которого через усилитель подключен <о входу многоканального дискриминатора амплитуд, выходы которых соединены с соответствующими входами многоканального накопителя импульсов (2).

Известные устройства имеют низкую достоверность.

Цель изобретения - повышение достовер- верности обнаружения и классификации сиг нальной составляющей в потоке импульсов со случайными амплитудами при работе в режиме реального масштаба времени, Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены блок усреднения, . 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 многоканально»

ro накопителя импульсов, управляющий вход которого соединен с первым Ьыходом синхронизатора, второй и третий выходы которого подключены соответственно к уп равляюшим входам блока усреднения и блока вычитания, информационные выходы которого соединены с соответствующими информационными входами М суммирующих усилителей, управляющие входы М сумми« руюших усилителей объединены со входом

55

3 8775 компаратора и подключены к упрввлякццему 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 усилителей 8, компаратор 9 и блок 10 определения мак20 симума.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что амплитудный дискриминатор 3 и многоканальный накопитель 4 им пульсов имеет ь каналов.

Импульсы входного потока после детектирования с помошью детектора 1 и усиления в согласующем усилителе 2 поступают на вход g -канального амплитудного зо . дискриминатора Э, где в зависимости от амплитуды каждый импульс информативной области попадает в один иэ,4 установленных здесь амплитудных кайаловйАy(8 1,Q . Далее следует (-канальный накопитель

4, в котором осуществляется подсчет чис35 ла импульсов т„ (8= 1,R ) появляюшихся в каждом из каналов дискриминатора за . время 3 -го цикла анализа Т, задаваемое с помощью синхронизатора 6. B конце каждого 1 -ro цикла анализа по сигналу

4о синхронизатора результат подсчета поступает с выходов накопителя на соответствующие входы блока 5 усреднения и блока

7 вычитания. При этом в блоке 5 осуществляется усреднение количеств импульсов

pl„<(8=4,1„) по k циклам анализа, в результате чего получаем величины к (; щ„) 1 4 =liL (1)

K «««1 а :в блоке вычитания производится вычис ление величин ("к) (— " ) (с 1 1

58 Д при длительности наблюдения сигнальной составляющей t > удовлетворяющей условию 1 8 2Т, и при 8 ) 1 величины (1 ) предстваляют собой оценку фонового числа импульсов, получаемых в каждом иэ каналов д 4 р (1 1, g) эа 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 к

6 = — Е";

k) 1 (3) представляющая собой сумму величин (2) по всем значениям К и являющаяся оценкой числа импульсов всех амплитуд информативной области, появившихся за время

Т и обусловленных сигнальной составляющей.

Информация о количестве импульсов, вычисленных в соответствии с (2), поступает на информационных выходов блока

7, а информация о количестве импульсов, вычисленном в соответствии с (3), - на управляющий выход блока 7.

Для принятия решения обнаружения напряжение с управляющего выхода (в дальнейшем для онределенности полагается, что способ обработки информации аналоговый) сравнивается в компараторе 9 с задаваемым здесь пороговым значением. В случае превышения порога на выходе блока 9 формируется логическое напряжение, соответствующее обнаружению.

Рассмотрим классификацию обнаруженного сигнала, которая производится с помощью блоков 8 и 10. Процесс классификации основан на измерении эмпирической плотности вероятности импульсов сигнального потока ó (8) и сравнений этой функции с гипотетическими плотностями вероятностейШ„. (ц)(= 3, I4) заданными заранее для каждого из М классифицируемых потоков. Будем сравнивать эти функции, вычисляя квайраты статистических расстояний

< =)(%>Ca)-a„;(a)) a, =,М, (4)

Я

По результатам вычисления величин Е принимают гипотезу НК, состоящую в том, 1 что обнаружен К-й сигнал потока, если соответствующее значение E оказыва2 ется минимальным среди всех значений

1 („- y g), Возводя подынтегральное выражение в (4) в квадрат, получаем

Здесь illÊ ((,., ) число импульсов, измеренное в накопителе в текущем цикле анализа в „-м канале. Очевидно, что

g g =) ý - ), )„ . а

А A

877558 б пиваются коэффициенты усиления и других усилителей 8.

Очевидно, что при таком способе установки усиления на выходе первого усипитепя 8 попучаем напряжение, пропорционапьное вепичине В., на выходе второ го усилителя 8 - напряжение, пропорционапьное величине В и т.д., на выходе

М-го усилителя 8 - напряжение, пропор ционапьное вепичине В1. Эти напряжения поступают на соответствуюшие входы бпока 10, где из них выбирается максимапьное. Номер усипитепя с максимапьным выходным напряжением полагается соответствуюшим номеру классифицируемого вход ного потока. Резупыат кпассификапии поступает на выход устройства в том спу чае, если на выходе компаратора имеется логический сигнал, соответствуюший обна ружению сигнальной составпяюшей. с

Устройство позволяет осушествпять процесс обнаружения и классификации сигнапьной составляюшей в пуассоновском потоке 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 попезных ископаемых (марганец, никель, I медь, и т.д.) на ане океана, испопьзова-. нии метопа. активизации исследуемого пространства, в оптической локации и теа» попокации. Автоматизация процесса обнаружения и классификации в этих системах позволяет сушественно увеличить их быстродействие, надежность и улучшить весогабаритные характеристики. (5) 1- а (Ода,)=1,N. (9) К

-(nnK--"C и„) с., j=1,м

) 1

5О

Поскольку первое слагаемое в (5) присутечв ет в квжлоЛ ив величин 6)(j q,y), 1 при сравнении исключаем его из рассмотрения. Поделив оставшееся выражение . на - 2, приходим к правипу принятия решения, состояшему в выборе максимапьной из величин io

1 ""Ъ" "- .5"Р1и, = » «>

A д

Плогности вероятностей в (6), вычио

Пяемые в точках Ct, могут быть выраже- 15 ны дпя случая стационарного пуассоновского потока импульсов со случайными амппитудами спедуюшим образом:

% -< 5 (ii,=4, (7)

r 2О

4 К

Ь К)4 (ГK "1)Ь

i 1

25 где (7) V(ct) - среднее копичество импупьсов амплитуды а в единицу времени, задаваемое дпя каждого из кпассифицируемых сигнальных потоков в качестве исходных данных; = f 4(a}ala - интегральная интенсивность

После перехода в (6) от интегрирования к суммированию, подстановки туда (7)

35 и (8) и домножения полученного резупь1К тата на множитель b,A(h -k P n„) попуча1»1 1 ем, что правило классификации сводится к вычислению величин

Ф (ai,)

g.=p,,ич ек;ид; " hA40

Г »„ к к =, " Х3 и выбору среди них максимальной, В (9) использовано обозначение

„ l

С.=4 V А1 (10)

- 1=1 Ь

Вычисление этих величин производится с помошью М суммируюшнх усилителей

8. Прн этом усиление по первому входу первого усилителя 8 устанавливается равным К,(с 1) д A /Х1, по второму входуV<(y )nA/л1 и T.p., по -му входу

V< (cog) aA/4 1. Усиление по допопнитепьнс му входу этого усипителя депается равным C„. Аналогичным образом устанавФормула изобретения

Устройство дпя обнаружения и класси-» фикации сигнальной составпяюшей в потоке- импульсов со случайными амплитудами, содержашее детектор, выход которого че» рез усилитель подключен ко входу многоканального дискриминатора амплитуд, выходы которого соединены с соответствую шими входами многоканального накопитепя импульсов, о т и и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения достоверности об» наружения и классификации сигнальной со» ставпяюшей в потоке импульсов со случай» ными амплитудами при работе в режиме реального масштаба времени, в устройст во введены блок усреднения, синхронизатор, (блок вычитания, М суммируюших усилителей, компаратор и блок опредепе

7 87 ння максимума, при этом информационные входы блока усреднения объединены с первой группой информационных входов блока вычитания и подключены к соответствующим выходам многоканального накопителя импупьсов, управляющий вход кото-рого соединен с первым выходом синхронизатора, второй и третий выходы кото рого подкпючены соответственно к управляющим входам блока усреднения и блока вычитания, информационные вь1ходы которого. соединены с соответствующими информационными входами М суммирующих усилителей, управляющие входы М суммирующих усилителей объединены со входом компаратора и подключены к управпйющему выходу блока вычитания, вторая груп7SS8 8 па информационных входов которого <:сн.динена с соответствующими выходами блока усреднения, выход компаратора подключен к управпяюшему входу блока определения максимума, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами М суммирующих усилителей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Методы представлении и аппаратурный анализ случайных процессов и полей.

IX Всесоюзный симпозиум, секция 11, Л., 1976,.с. 64.

2. Заявка Вепикобритании Ж 1396642, кл. Q 01 N 23/22, опублик. 1975 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 9617/74 Тираж 748 Подписное филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4