Устройство для определения энтропийных характеристик случайных сигналов

":ТЕЛЬСТВ Н АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕП.НИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1, Авторское свидетельство СССР У 526910, кл,06 Р 15/36, 1975,2, Буйнявичус и др. Новый прибор Х 6-5 для измерения характеристик случайных процессов. Тезисы докла.дов Х 1 всесоюзного симпозиума "Методы представления и аппаратурный анализ случайных процессов и полей". Л., 1980, с. 28-30 (прототип).3, Вакин С.В., Шустов Л,Н. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки. М., "Советское радио", 1968, с. 99(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНТРОПИЙНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом счетчика числа отсчетов и с тактовым входом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым:информационным входом блока определения функции плотности вероятности, выход которого через первый блок постоянной памяти подключен к первому суммирующему счетчику, выход которого соединенс первым информационным входом коммутатора и входом второго блокапостоянной памяти, первый выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход .которого подключен к блоку индикации,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения функциональных возможностей за счет определения днумерной. энтропии и двумерных энтропийных текущего и усредненногокоэффициентов качества шума, оносодержит счетчик кода задержки, блокуправляемой задержки, второй суммирующий счетчик и блок усреднения,выход которого соединен с третьиминформационным входом коммутатора,а вход блока усреднения подключен квыходу второго суммирующего счетчика,вход которого соединен с вторым информационнымвыходом второго блокапостоянной памяти, при этом выходсчетчика числа отсчетов подключен куправляющему входу блока определенияфункции плотности вероятности, второйинформационный вход которого соединенс выходом блока управляемой задержки,информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифровогопреобразователя, а управляющий входблока управляемой линии задержкисоединен с выходом счетчика кодовзадержки.1130 к кто Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности кустройствам. предназначенным,дляисследования статистических характеристик случайных сигналов, и можетбыть использовано при построенииаппаратуры для оценки отклоненияшумовьи сигналов от гауссовскогобелого дума.. Известен энтропиметр, содержащий 1 Окоммутаторт, вычитающне и суммирующий счетчики, регистры сдвига,счетчик числа отсчетов, блок памятизначений р 1 ая р , сумматор и блок2 1 фуправления 15Принцип работы энтропиметра.заключается в следующем, Определяютсявероятности р; путем подсчета числаотсчетов исследуемой последовательности, попавших в 1 -й амплитудный 20интервал. При переполнении счетчикачисла отсчетов значения р , сформированные в регистрах сдвига, посту пают в блок памяти, являясь адресамисоответствующих ячеек с величинами 25р;1 ояр , которые поступают далеена сумматор, где вычисляется значение энтропии 1.Недостаток панного энтропиметра - узкие функциональные возможнос- З 0ти; позволяющие определять толькоодномерную энтропию,Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности является устройство для определения энтропийных 35характеристик случайных сигналов.содержащее генератор тактовых импульсов, счетчик числа отсчетов,аналого-цифровой преобразователь,первый вход которого является входом устройства, а второй вход объединен с входам счетчика числа отсчетов и подкЛючен к выходу генераторатактовык импульсов, блок определенияфункции плотности вероятности, первый вход которого соединен с выходом аналого-цИФрового преобразователявторой вход - с вь 1 кадом счетчикачисла отсчетов, первый блок постоян- .ной паэт бход которого подключен 50к выходу блока определения функцииплотности вероятности, а выход через последовательна соединенные сумматор и коммутатор подключен к индикатору, а также второй блок постоянной памяти, входом подключенный квыходу сумматора 6, а первым выходом - к. второму входу коммутатора 211А878 3Недостаток известного устройства - узкие функциональные возможности, обусловленные определением только одномерной энтропии и одномерного энтропийного коэффициента качества шума.Одномерный энтропийный коэффициент качества шума дает возможность оценить только вид распределения исследуемого сигнала, для нормально" го закона распределения вероятностей он равен единице и меньше единицы для других законов распределения.Однако одномерный коэффициент не позволяет оценить спектральную плотность мощности сигнала.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения определения двумерной энтропии, двумерного текущего энтро-. пийного коэффициента качества шума и двумерного усредненного энтропийного коэффициента качества шума.Двумерная энтропия Нвычисляется по формулем ы.ЮД -ееаР 11 Рч, Р 1, где Ъ;,Х ДДдх ьх ьх . ьХЧРх;. - кЕ 1 х;+ - ,х;- - 1(И к) т м;+ - З1( интервал задержкимежду .отсчетами.К=12т - номер интервалазадержки,о .= шаг дискретизациипроцесса,Двумерный текущий энтропийныйкоэФфициентдля данного интервала задержкивычисляется по Форлмуле . п Е а усредненный-;еэнтропийный коэффициент вычисляетсяпо Формулег В отличии от одномерных характеристик двумерного энтропия Н (3) и текущий коэффициент качества шуманесут информацию не только о ви- Кде распределения вероятностей, но и о спектрально-корреляционных свойствах сигнала. а усредненный энтропийный коэффициентотражает11308 3полосовые свойства спектральной плотности мощности: он приближается к епинице при увеличении ширины полосы и соответствующем уменьшении коррелированности,случайного сигнала.Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения энтропийных характеристик случайных сигналов, содержащее гейератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом счетчика числа отсчетов и с тактовым входом аналоГо-цифровогопреобразователя, информационный вход которого является информационным входом устройства, 15 выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первый информационньм входом. блока определения функции плотности вероятности. выход которого через первый блок постоянной памяти подключен к первому суммирующему счетчику, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора и входом второго блока постоянной памяти, первый выход 25 которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого подключен к блоку индикации, содержит счетчик кода задержки, блок управпяемой задержки, второй суммирующий счетчик и блок усреднения, выход которого соединен с третьим информационным входом коммутатора, а вход блока усреднения подключен к выходу второго суммирующего счетчика, вход которого соединен с вторым информационным выходом второго блока постоянной памяти, при этом выход счетчика числа отсчетов подключен к управляющему входу блока определения функции плотности вероятности, вто-. рой информационный вход которого соединен с выходом блока управляемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифро 45 вого преобразователя, а управляющий вход блока управляемой линии задержки соединен с выходом счетчика кодов задержки.На фиг. 1 и 2 представлено пред лагаемое устройство.Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 2 числа отсчетов, аналого-цифровой преобразо. ватель 3, первый вход которого яв ляется входом чсчройства,.а второй вход объединен с входом счетчика 2 числа отсчетов и подключен к выхо 78 4ду генератора 1 тактовых импульсов,блок 4 определения функций плотностивероятности, первый;вход которогосоединен с выходом аналого-цифровогопреобразователя 3, второй вход - свыходом счетчика 2 числа отсчетов,блок 5 постоянной памяти, вход кото-,рого подключен к выходу блока 4, авыход через последовательно соединенные суммирующий счетчик 6 и коммутатор 7 подключен к блоку 8 индикации, а также блок 9 постоянной намяти, входом подключенный к выходу счетчика б, а первым выходом - к второму входу коммутатора 7, счетчик 10 кода задержки, блок 11 управляемой задержки, суммирующий счетчик 12 и блок 13 усреднения, причем информационный вход блока 11 управляемой задержки соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 3, управляющий вход - с выходом счетчика 10 кода задержки, а выход подключен к третьему входу блока 4определения функции плотности ве-" роятности, причем второй выход второго блока 9 постоянной памяти соединен с входом счетчика 12, выход которого подключен к входу блока 13 усреднения, выходом соединенного с третьим входом коммутатора 7.Работа устройства включает в себящ циклов, в которых определяются значения текущих двумерных энтропийныхкоэффициентов качества шума(2)для интервалов задержки ь = кТо(к = 1,2 е) после чего вычисляется значение усредненного коэффицийЪента. =-Х: ),коИсследуемый случайный сигнал поступает на вход аналого-цифровогопреобразователя 3, где формируютсяцифровые отсчеты с шагом дискретизации Т. который эапается генератором1 тактовых импульсов. Цифровые отсчеты исследуемого случайного сигнала поступают на первый вход блока 4определения функции плотности веро- ,ятностей непосредственно и на третийвход этого блока через блок 11 управляемой задержки, построенной на основе оперативного запоминающегоустройства. В блоке 4 для халдой пары отсче-, тов Х;, Х, разделенных интервалом задержки ь, опредепяются значения. Количество отсчетов, анализируемых за один цикл работы устройства,определяется, разрядностью И счетчика 2 числа отсчетьв; а максимальныйинтервал запержки вТ зависит отразрядности щ счетчика 10 кода задержкиПосле прохождения и отсчетов всчетчике 2 вырабатывается импульспереполнения, разрешающий выдачузначений 1 (Х, Х ,Ф ) в первыйблок 5 постояйной памяти и одновременно .увеличивающий содержимое счетчйка 10 кодавыборки на единицу, подготавливая его к следующему циклу.Из блока 5 постоянной памяти считываются значения, хранящихся в немвеличинйхХФ)щ Р 0 ЪЧ МаЯ ВСЯ упоступающие далее на счетчик 6,где вычисляются значения двумернойэнтропии Н (Ф) для К-.ого интервалазадержки, Значение Н (Йх) поступаетв блок 9,памяти, гдехранятся эначения двумерного коэффициента качества шума. Значениепоступает на второй сумматор 12. Накопленное в счетчике 12 после е цикловзначение делится на юв блоке 13 ЗОусреднения и получаемое значение 878 6усредненного коэффициента качества1= - Ечерез коммутатор 7 поступает на блок 8,Кроме того,на блок 8 через коммутатор 7 поступают от блока 6.значениядвумерной энтропии Н Я) и от блока 9 значения текущего энтропийногокоэффициентаПоложительный эффект достигаетсяза счет введения в известное устройство для определения энтропийныххарактеристик случайных сигналовсчетчика 10.кода задержки, блока 11управляемой задержки. счетчика 12 иблока 13 усреднения которые обеспе)чивают опоепелеиие двумерной энтропии Н (6), текущего двумерногоэнтропийного коэффициентаи усредненного двумерного энтропийного коэффициента. Эти характеристики являются эффективными числовыми критериями качества случайных сигналов,отражающими как вип распределения,так и корреляционно-спектральныесвойства сигналов.Технические испытания предлагаемого устройства показали его дополнительные функциональные возможностипри оценке качества коррепированногошума.1130878 Сечи оставит ехред 3 Заказ дписное Проектная,актор С.Патрушев 9612/36ВНпо113035, Мос.Тираж 698ИИПИ Государственного комитетаделам изобретений и открытийква, Ж, Раушская наб., д