Устройство для классификации случайных сигналов

.Р 1)5 С 01 В. 23 1 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ РОНОМ ТЕЛЯТИ(54) УСТР СЛУЧАЙНЫХ (57) Изоб фадиоизме ковано в сейсмолог ИСТВО ДЛЯСИГНАЛОВретение отнений и можадиотехники. Целью и ПАССИФИКАЦИИ сится к области и сп оль цине ижя явля т е, медизобрет т луклассификации ержит блок ь 2, блок 3 егратор аратор 6, зас тр оис тво для 1 цент- дифблок 5 чинных сигналов с рйрования, усилит ф 4 ренцировгния, икгиппирования, ко тчи,Г 1 РИ ГННТ СССР Изобретение относится к радиоизмерениям и может быть использовано в радиотехнике, медицине и сейсмолог:.и.Цель изобретения - повышение достоверности классификации путем повышЫия помехоустойчивости устройства.На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на ф:г,2 - структурная схема блока счетч:.ков, решающего блока, блока управления и индикатора; на фиг. 3 - времнные графики, поясняющие работу устройства; на фиг,4 - временные графики, поясняющие работу блока счетчиков, ржающего блока и блока управленИя. ется повышение достоверности классификации путем повышения помехоустойчивости устройства, Введение в устройство интегратора, управляемогоклиппированным напряжением, и компаратора с регулируемым порогом сравнения позволяет исключить влияниена работу устройства шумов и помех,амплитуда которых меньше порогасравнения. Использование ПНУ. у которого в ячейках памяти записаны типыклассифицирующих сигналов, исключаетзатраты времени на сравнение с эталонами и повышает быстродействие усройства. 2 з.п, ф - лы, 4 ил. Г7 порога, блок 8 счетчиков, решающий блок 9, блок 10 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 клиппиронания, На фиг.3 а изображен случайньп сигнал на выходе усилителя 2, ограниченный по времени интервалом анализа 0 - 1, блок 5,1 клиппирования превращает этот сигнал в прямоугольные двухполярные импуль 15838 б 3сы, которые изображены на фиг.36,Ониподаются на управляющий вход интегратора 4.1, который при положительных импульсах накапливает входнойсигнал, а при отрицательных обнуля"ется, Напряжение на выходе интегратора изображено на фиг.Зв. Там жеизображен пороговый уровень, которыйподается на второй вход компаратора6.1 и устанавливается посредствомзадатчика 7.1 порога, Напряжение свыхода интегратора и напряжение порога сравниваются компаратором 6,1.Припревышении выходным напряжением интегратора пЬрогового напряжения компаратор вырабатывает импульс, изобра-.женный на фиг.Зг. В случаях, когдавыходное напряжение интегратора меньше напряжения порога, на выходе компаратора присутствует низкий уровень,Таким образом исключаются малоинформативные выборы случайного сигналаи уменьшается влияние помех,С выхода компаратора импульсы по" 25даются на вход счетчика 13.1. блока8. Усиленный усилителем 2 сигнал поступает также на вход диАЬеренцирующего блока 3.1, где экстремумы случайного сигнала превращаются в нули 30производной этого сигнала. Послеэтого при помощи операций, аналогичных описанным для первого канала, им"пульсы с выхода каждого компаратораподаются на вход соответствующегосчетчика блока слетчиков 8. По окончании фиксированного времени анализанакопленная в блоке счетчиков информация о числе импульсов с выходовкомпараторов всех каналов считывается 40в решающий блок 9, в котором принимается решение о принадлежности сигналак одному иэ классов. Выбор необходимого числа каналов обработки зависитот требуемой достоверности классификации и вида случайного сигнала,Длябольшинства практических примененийдостаточно двух"трех каналов обработки.Выбор порога, с которым сравнивается выходное напряжение интегратора,проводится так, чтобы обеспечитьминимальную вероятность ошибки классификации, Порог должен быть выбран вышесреднего уровня амплитуды направления на выходе интеграторов, создаваемого помехами. Для достижения этогоперед 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 радиотехникепри отключенной антенне (учитывается воздействие внутренних шумов приемника). В блоке 8 счетчиков, решающем блокеи блоке 10 управления в течение одного цикла работы происходят следующие процессы, Перед началом очередного цикла работы (в интервале времени , - е 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,4 а), Триггер 21 находится в "нулевом" состоянии, на его прямом выходе низкий уровеньнапряжения (фиг.4 б), а на его инверсном выходе - высокий уровень (фиг.4 в),На выходе таймера 17 низкий уровеньнапряжения (фиг,4 г); счетчики 13.113.М - в нулевом состоянии (заштрихованная область на фиг.4 д), так как на входы "Сброс" указанных счетчиков поступает высокий уровень напряжения с инверсного выхода триггера 21, на выходе схеме 17 выделенияспада импульса низкий уровень напряжения (фиг.4 ж), в элементе 15 памятихранится результат предыдущего цикла работы (фиг.4 з), который отображается индикатором 12.По окончании времени задержки (интервал йо - т, фиг.4) на выходе элемента 18 задержки появляется высокий уровень напряжения (момент й, фиг.4 а), который устанавливает триггер 21 в "единичное" состояние, На прямом выходе триггера 21 устанавливается высокий уровень напряжения (фиг.4 б), который запускает таймер 17, на инверсном выходе триггера 21устанавливается низкий уровень напряжения (фиг, 4 в), т.е. снимается сигнал "Сброс" со счетчиков 13,1 - 13.Я, и они проводят счет импульсов с выходов каналов 11,1 - 11,М (моментфиг.4 д). Таймер 17 генерируетимпульсы высокого уровня напряжения(интервал времени-е,фиг, 4 г), дли,тельность которого меньше временианализа на величину переходных процессов включения и выключения счетчиков 13.1. - 13.И (т.е, Свремя анализа минус 1 -С длитель 4ность импульса на выходе таймера 1 б). ОПосле спада импульса с выхода таймера 17,(момент е, Лиг.4 г) схема18. выделения спада импульса генерирует импульс высокого уровня напряжения ( -г., Лиг.4 ж), ио фронту которого проводится запись выходного .кода ПЗУ 14 (т.е. кода, записанного в его ячейке с адресом, равнымвыходному коду счетчиков 13.1 - 1 З.Мв этот момент, в элемент 15 памяти(момент С на Лиг,4,з); триггерустанавливается в "нулевое" состояние (момент , фиг.46, в); этотимпульс также поступает в элемент 19задержкиВысоким уровнем напряженияс инверсного выхода триггера 21(фиг,4 б) устанавливаются в нулевоесостояние счетчики 13,1 - 13.И (момент й, фиг.4 д), По окончании импульса высокого уровня напряжение 30на выходе схемы выделения спада импульса 18 (моментс, фиг.4 ж) циклработы заканчивается, и устройствопереходит в исходное состояние, Минимальная длительность этого импульса определяется временем переходныхпроцессов в устройстве,При включении питания устройствапервый цикл работы начинается с фронта выходного импульса высокого уровня напряжения с выхода одновибратора20, входом соединенного с шиной источника литания, который устанавливает триггер 21 в единичное состояние, ПЗУ 14 совместно со счетчиками 13.1 - 13.М работает следующимобразом. Априорно определяют максимальные числа импульсов на выходеканалов обработки для классифицируе-,мых сигналов и по ним определяют необходимую разрядность счетчиков, Обозначают требуемое число разрядовсчетчиков 13,1 - 13,И соответственнои и,п. Адресный вход ПЗУ 14составляети, разрядов.55РРасполагаются они следующим образом. Сигналы, относящиеся к одномуклассу, имеют разброс параметров,определяемый законом распределения, частности его дисперсией, Поэтому при различных реализациях сигналов одного класса количество импульсов на выходах счетчиков 13.1 - 1 З.М различно, Пусть для 1-го класса сигналов число вариантов кода на выходах счетчиков составляет Ь , Ъ .; ,Ь, . Число ячеек ПЗУ, выделяемых для этого 1-го класса сигналов,сосМ йтавляет .Е п, П Ь . Разрядность;: 3ячейки определяется числом классов. если обозначить его М, то разрядность ячейки - ближайшее большее целое от 1 о 8 М.Предлагаемое устройство отличается от известного более высокой достоверностью классификации случайных сигналов, что достигается путем повышения помехозащищенности. Включение . интегратора, управляемого клиппированным напряжением и компаратора с регулируемым порогом сравнения, позволяет исключить влияние на работу устройства шумов и помех, амплитуда которых меньше порога сравнения. При этом число импульсов на выходе канала обработки соответствует числу не всех нулевых значений и-й производной этого случайного сигнала, а только тех, которые после интегрирования превысят пороговое значение.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 эталонаьа, т.е. получать результат классификации быстрее, чем это происходит в известном устройстве.Формула и з о б р е т е н и я1. Устройство для классификации случайных сигналов, содержащее блок центрирования, усилитель И каналов обработки, каждый из которых содержит блок клиппирования, И- последовательно соединенных блоков дифференцирования, блок счетчиков с И входами и И выходами, решающий блок, блок управления индикатор, причем вход блока центрирования соединен с входной шиной, выход - с входом уси 1583863лителя, а вход усилителя - , с входом первого блока диААеренцирования 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 соответствуюпщми 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 классиАикации, в каждый канал обработки введены интегратор, компаратор,задатчик порога, причем сигнальный вход первого интегратора соединен с входом д) канала обработки, управляющий вход " с выходом блокаклиппирования, 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 пе 1о т л и ч а ю щ е е с я тем, что решающий блок содержит постоянное запоминаю- ЗО щее устройство, элемент памяти,дешиАратор причем -й вход ( = 1 - И) И -" количество каналов), постоянного запоминающего устройства является соответствующим входом решающего блока, а выход постоянного запоминающего устройства соединен с инАормационным входом элемента памяти, синхронизирующий вход которого является управляющим входом решающего блока, выход элемента памяти соединен с входом дешиАратора, 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, ВЯ- триггер, 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 К-входом триггера, выход элемента задержки соединен с Я-входом трп.гера.