Устройство для классификации случайных процессов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1 А 1 19) 8 52 4 С ЗОБ ОПИСА К АВТОРСКО фБЛЩ ТЕ 1 А ВИДЕТЕЛЬСТ ИКАЦ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(71) Северо-Западный заочный политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР В 987638, кл. С 06 С 7/52, 1981.Авторское свидетельство СССР 9 963001, кл. С 06 С 7/52, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЧ КЛАССИФ ИИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ(57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и обеспечивает автоматическую классификацию случайных процессов с достаточно высоким быстродействием, наиболее целесообразно применение данного изобретения в области технической и медицинской диагностики. Устройство отличается тем, что оно содержит генератор пилообразного напряжения, блок входных усилителей, первый и второй дифференциальные усилители, причем входом устройства являются входы блока входных усилителей,выходы которого подключены к функциональным пластинам первой электроннолучевой трубки политрон, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, а ее коллеКторные пластины подключены к входам первого дифференциального усилителя, вы"ход которого соединен с горизонтально-отклоняющими пластинами второйэлектронно-лучевой трубки политрон,коллекторные пластины которой подключены к входам второго дифференциального усилителя, выход которогосоединен с входом интегратора. Принцип действия данного устройства за- .ключается в нелинейном.преобразовании сигналов, подлежащих классификации, при этом исследуемые сигналыпоследовательно подаются на входданного устройства Мерой принадлежности исследуемого сигнала томуили иному классу является функция,полученная в результате анализа.функции плотности распределения этого сигнала. 1 ил.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике,и можетбыть использовано для классификациислучайных процессов в области технической и медицинской диагностики.Целью изобретения является повышение быстродействия.На чертеже изображена блок-схема устройства для классификациислучайных процессов.устройство для классификации случайных процессов состоит из группы 1входных ус 1 лителей, входы которых.являются входами устройства. а выходы подключены к функциональнымпластинам первой электронно-лучевойтрубки 1,ЭЛТОН политрон 2, К горизонтально-отклоняющим пластинам первойтрубки политрон 2 подключен выходгенератора 3 пилообразного напряжения.Ксллектсрные пластины первой ЭЛТполитрон подкачены к входам первого ,цифференциального усилителя 4,выход которого соединен с горизонтально-отклоняющими пластинамивторой электронно-лучевой трубкиГ г, ЭЛТполитрон 5, функциональныепластины которой соединены с подвижными спаренными контактами потенциометров пстенциометрического блока 6задания уровня напряжения,Коллекторные пластины второй ЭЛТполитрон подключены к входам второго дифференциального усилителя 7, выход которого соединен с входом интегратора 8. Выход интегратора 8 соединен с первым входом блока 9 сравнения, на второй вход которого подается пороговое напряжение Б . Вып 01ход блока 9 сравнения подключен квходу индикатора 10,Устройство работает следующим образом,Исследуемьй многомерньй сигналХ(1) через входные усилители группы 1 входных усилителей параллельно подается на функциональные пластины первой ЗЛТ политрон 2, на горизонтально-отклоняющие пластины которойс выхода генератора 3 пилообразногонапряжения поступает линейно изменяющееся напряжение, которое являетсясигналом для считывания информации,поступающей иа функциональные пластины первой ЭЛТ политрон 2, на коллекторах которой формируется сигнал,являющийся функцией всех сигналов, 51015 30 35 40 45 50 55 поступающих на функциональные пластины этой трубки. В этом случае первая ЭЛТ политрон 2 используется как преобразователь многомерного сигнала в соответствующий ему одномерный сигнал,Сигнал, снимаемый с коллекторных пластин первой ЭЛТ политрон, через дифференциальный усилитель 4 поступает на горизонтально-отклоняющие пластины второй ЭЛТ политрон 5. Первый дифференциальный усилитель 4 необходим для согласования выхода первой ЭЛТ политрон 2 и входа второй ЗЛТ политрон 5. В операционной зоне второй ЭЛТ политрон 5 с помощью потенциометрического блока 6 задания уровня напряжения осуществляется нелинейное преобразование сигнала, поступающего на его горизонтально-отклоняющие пластины. Результатом нелинейного преобразования исследуемого сигнала является функционал, получаемьй на выходе интегратора 8, который далее сравнивается в блоке 9 сравнения с пороговым напряжением, разделяющим различные классы. Выбор операторов нелинейного преобразования, определение решающего правила,позволяющего разделять различные классы состояния объекта, а также определение величины порогового напряжения осуществляются на этапе обучения. Этап обучения заключается в следующем.Исследуемьй сигнал из обучающей выборки, которая состоит из множества многомерных сигналов, отражающих различные состояния диагностируемого объекта, подается на вход устройства. Сигнал, полученный в результате преобразования многомерного сигнала на первой ЭЛТ политрон 2, поступает на горизонтально-отклоняющие пластины второй ЗЛТ политрон 5, где подвергается нелинейному преобразованию. При подаче исследуемого сигнала на вход второй ЭЛТ политрон 5 электронный луч отклоняется в горизонтальной плоскости пропорционально мгновенному значению исследуемого сигнала. В каждый момент времени электронный луч находится в области одной из пар функциональных пластин политрона. Если с помощью блока 6 задания уровня напряжения к 1-й паре функциональных пластин приложить разность потен"циалов Б;, а остальные функциональные пластины заземлить, то на изменение токов коллекторов при прохождении лу. ча в области этой пары функциональных пластин будет влиять только та часть исследуемого сигнала, которая лежит в интервале Х -Х, Если разность потенциалов Б 1 приложить к (+1)-й паре функциональных пластин, а все остальные функциональные 10 пластины оставить заземленными, то на изменение токов коллекторов будет влиять только та часть сигнала, которая лежит теперь уже в интервале Х, - Х;, 15При прохождении электронного луча в области Функциональных пластин с коллекторов политрона снимается последовательность импульсов, длительность которых пропорциональ на времени пребывания соответствующей части исследуемого сигнала в области- й пары функциональных плас - тин. После интегрирования этой последовательности импульсов (время 25 интегрирования равно периоду анализа Т) получается число Р, пропорциональное времени нахождения исследуемого сигнала в области Б; .Таким образом, прикладывая пооче- З 0 редно к каждой паре функциональных пластин разность потенциалов Б, и заземляя при этом все остальные пары функциональных пластин, по изменению коллекторных токов в момент 1 прохождения электронного луча в области -й пары функциональных пластин можно судить о свойствах отдельных "зон" исследуемого сигнала. Получаемая при этом совокупность функци оналов Р образует признак-функцию" классифицируемого сигнала, которая является модификацией функции плотности распределения.По полученным таким способом "признак-функциям определяется решающее правило классификации, позволяющее отнести исследуемый сигнал к определенному состоянию диагностируемого объекта. Для этого по полученным50 признак-функция определяют области уровней, где имеется "перемешивание классов, и области уровней, где признаки каждого класса исследуемых сигналов существенно отличаются. В 55 соответствии с выделенными областями уровней отмечаются Функциональ,ные пластины, определяющие форму потенциальной функции, являющейся эквивалентом разделяющей гиперповерхности. Выбор потенциальной функции Р = Г 1 П;/ осуществляется по следующему правилу (на примере двух "признак в Функц ):ц =пппх если,/Рп,(Х) Рпх(Х)О, если РАЙ,(Х)= Р, рп (Х)Б =шах, если (Р(Х)//Р 1,(Х)1 Полученная по этому правилу для всех уровней классифицируемых сигналов потенциальная Функция реализуется на функциональных пластинах определенным потенциальным рельефом с помощью потенциометрического блока 6 задания уровня напряжения.Полученный таким образом потенциальный рельеф фактически является решающим правилом, по которому, осуществляется классификация исследуемых сигналов. С помощью этого решающего правила определяется величина порогового напряжения. Для этого обучающая выборка исследуется на решающем правиле, полученном на этапе обуче- . ния, Из всех значений функционалов получаемых при этом, выбираются толь ко те, которые являются граничными, Величина порога е выбирается из условия:Р РРп щах Рщ 1 л( =Р с, = Ра 4 х Р хпю х щ 1 а Рл пах х где Р и Р; - граничные знаРГ щах 1 вахчения Функционалов, полученные при исследовании нарешающем правиле многомерныхсигналов, отра-жающих 1 и ГГклассы состояний диагностируемого объекта.Для оценки качества выбранного решающего правила проведен экзамен. Для этого на потенциальном рельефе, полученном на этапе обучения, проанализирована экзаменующая выборка, также состоящая из многомерных сигналов, отражающих различные состоянйя объекта. Оценка результатов классификации осуществляется с помощью критерия классификации1251121 ХррРЫ Составитель Е.Сечина Техред О.Сопко Редактор К,Волощук Корректор Е.Сирохман Заказ 444/48 Тираж 67 ВНИКИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г,ужгород, ул.Проектгая, 4 где Бр - число правильных ответов;Ы - объем выборки, 5 Формула изобретенияУстройство для классификации случайных процессов, содержащее первую и вторую электронно-лучевые трубки политрон, потенциометрический блок 10 задания уровня напряжения, выходы которого соединены с функциональными пластинами второй электронно-лучевой трубки политрон, блок сравнения, выход которого соединен с входом индикатора, первый вход - с входом задания порогового напряжения устройства, а второй вход - к выходам интегратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, что, с целью повьппения быстродейст вия, оно содержит генератор пилообразного напряжения, первый й второйдифференциальные усилители и группувходных усилителей, входы которыхявляются группой информационных входов устройства, а выходы подключенык функциональным пластинам первойэлектронно-лучевой трубки политрон, горизонтально-отклоняющие пластины которой соединены с выходом генератора пилообразного напряжения, аее коллекторные пластины подключенысоответственно к входам первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с горизонтально-отклоняющими пластинами второй электронно-лучевой трубки политрон, коллекторные пластины которой подключены к входам второго дифференциального усилителя, выход которого соединнен с входом интегратора,