Устройство для классификации случайных сигналов

(46 рденый проссуда ственный номитет сссРПО де ОАм изОБРетений и ОтнРытий АНИЕ ИЗОБ 3693505/24-2418.01.84(71) Московский ордена Ленина ина Октябрьской Революции авиациинститут им. Серго Орджоникидзе(56) Авторское свидетельство ССР 834722, кл. С 06 С 7/52, 1980Котюк А.Ф., Ольшевский В.В.,Цветков Э.И. Методы и аппаратуранализа характеристик случайныхцессов. - М.: Энергия, 196, с.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КЛАССИФИКАЦИИСЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ(57) Изобретение относится к областивычислительной техники, радиотехникии связи. Цель изобретения - повышениеточности и надежности классификации.Это достигается введением новью бло-ков: трехканальной схемы сравнения,блока выбора решения, блока анализаи блока принятия решения с соответствукицими связями. Устройство предназначено для определения типа случайного сигнала в радиотехнических системах. б ил.Изобретение относится к вычислителой техни, радиотехнике и связи и предназначено для определениятипа случайного сигнала. в радиотехнических системах. 5Цель изобретения - повьшсение точности и надежности классификации,На Фиг.1 представлена блок-схемаустройства для классификации случайных сигналов; на Фиг.2 - схема трех Оканального блока сравнения; на фиг.Зсхема блока выбора решения; на фиг.4 -схема блока анализа; на фиг,5 - схема блока принятия решения; на фиг,6эпюры напряжений, поясняющие работу 15устройства,Устройство для классификации случайных сигналов (фиг.1) содержит дваполосовых Фильтра 1 и 2, коммутатор3, блок 4 определения (измеритель) 2 Окорреляционной функции генератор 5пилообразного напряжения, блок 6 задания эталонньгх напряжений, блок 7определения (измеритель) плотностивероятности, счетчик 8 пиков автокар-реляции, блок 9 синхронизации (синхронизатор), три цепочки 10, в .,блок 11 выбора решения, блоки 12 и13 анализа, блок 14 принятия решения,регистратор 15. 3 ОЦепочки 10 (фиг.2), содержат триузла 16,-16определечия модуля разности,три узла 17,-17 а интегрирования и три схемы 18-18 сравнения,Выходы полосовых фильтров 1 и 2 со- З 5единены с информационными входами(электронного) коммутатора 3, выходкоторого соединен с входами измерителя 7 плотности вероятности и измерителя 4 автокорреляционной функции, 1 Овыход измерителя автокорреляционнойфункции соединен с информационнымвходом счетчика 8 пиков автокорреляции, выход счетчика 8 соединен с информационным входом первого 45блока 12 анализа, оба выхода блока12 анализа соединены с соответствующими входами блока 14 принятия рсшения, выход измерителя 7 плотностивероятности соединен с информацион Оными входамй узлов 16 вцепочек10, входы эталонов которых соединеныс соответствующими выходами блока 6задания эталонных напряжений, тпоавляющий вход блока 6 задания эталонных напряжений, соединен свыходом генератора 5 пилообразного напряжения, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора 9 и управляющим входомсчетчика 8. второй выход синхронизатора 9 соединен с входами сброса узлов 17 интегрирования цепочек 10,три вь:хода цепочек 10 соединены ссоответствующими информационными входами блока 11 выбора решения, информационный выход блока 11 соединен синформационным входом второго блока13 анализа, выходы которого соединены с соответствующими входами блока14 принятия решения, три управляющихвхода которого соединены с соответствующими управляющими выходами блока 11 выбора решения, управляющиевходы измерителя 4 автокорреляционной Функции и измерителя 7 плотности вероятности соединены с выходомгенератора 5 пилообразного напряжения, первый и второй управляющиевходы коммутатора соединены соответственно с соответствующими выходамисинхронизатора и первым и вторым управляющими входами обоих блоков 12и 13 анализа, третий и четвертый управляющие входы блоков анализа подключены к соответствующим выходамсинхронизатора., последний выход синхронизатора 9 подключен к управляющему входу блока 11 выбора решения,выходы блока 14 принятия решения соединены с соответствующими входамирегистратора 15,.Устройство работает следующим образом.Полосовые Фильтры 1 и 2 настроеныца частоты, отличающиеся на величиныце менее полось пропускация,Коммутатор 3 подключает поочередно на время одного такта выходы Фильтров 1 и 2 к входам измерителя 7 плотности вероятности и измерителя 4 автокорреляпиоцной Функции.Измеритель 4 автокорреляционных Функций вырабатывает импульсы напря жеция, периодичность следования которых соответствует периодичности авто- корреляционной функции выходного напряжения Фильтров.Параметры измерителя автокорреляциоцной функции: с = 1000 мкс;2 Г = 2 м 1 ц.Изменяя потенциалы вертикальньгх пластин фуцкциоцальцой трубки можно изменять Форму эталонного напряжения закона распределения).3 1233Измеритель 7 плотности вероятности вырабатывает импульсы напряжения, форма которых соответствует форме закона распределения вероятности выходного напряжения фильтров. 5Цепочки 10 осуществляют сравнение импульсов напряжения соответствующих измеренной плотности вероятности и эталонному напряжению, вырабатывая напряжение, величина которого пропор циональна величине Конкретные данные, выдаваемые ре" гистратором, устанавливаются в процессе настройки (обучения) классификатора.Полный цикл классификации состоит иэ двух тактов. На первом такте измеряются плотность вероятности и авто- корреляционная функция процесса на выходе фильтра 1, на втором - на выь р (х)1 р (х) -р (х)с 1 х,Блок 1 выбора решения (фиг.З) вы" 15 носит единственное решение при четырех возможных комбинациях выходных сигналов цепочек 10, Этот блок состоит из шести элементов НЕ 19-24, иэ трех элементов И-НЕ 25-27, трех триг геров 28-30 и элемента ИЛИ 31, Блок имеет информационные входы 1-3, управляющий вход 4, управляющие выходы 1-3 и информационный выход 4, причем управляющие выходы соответствуют ин формационным входам тех же номеров.Например, пусть сигналы появились на входах 1 и 2 блока 11 выбора решения. Тогда сигнал появится на выходе элемента НЕ 23. При этом на всех трех входах элемента И-НЕ 27 будут существовать сигналы соответственно появится сигнал и на его выходе. Этот сигнал подают на вход элемента НЕ 24 и на его выходе появится сиг 35 нал. На выходах элементов НЕ 20 и 22 сигналов не будет. Сигнал появится на управляющем вьгкоде 3 и на информационном выходе 4 блока 11. Эта ситуация соответствует принятию решения о соответствии измеренного напряжения плотности вероятности эталону Ф 3.Схема блока выполнена на микросхемах 155 серии. Блоки 12 и 13 анализа (фиг.4) включают в себя четыре ключа 32-35, два триггера 36-37, один сумматор 38 и один элемент НЕ 39.Электронные ключи 32 и 34 пооче редно подключают информационный вход, блока анализа к информационным входам триггеров Зб и 37, осуществляющих запоминание результатов измерения на каждом такте измерения, Вхо ды сумматора 38 одновременно с помошью электронных ключей 33 и 35 подключаются к выходам триггеров Зб и 84 437 после окончания второго тактаклассификацииЕсли сигналы (единицы) появляютсяна обоих входах сумматора 38, сигнална его выходе переноса (выход Р )обращается в нуль и соответственно появляется сигнал (единица) на выходе2 блока анализа. В случае появлениясигнала только на одном из входовсумматора 38, появляется сигнал (единица) на его выходе суммы (выход Б),Входы- 4 являются управляющимивходами. Выход 1 блока анализа является выходом суммы (Я), а выход 2 -выходом переноса (Р ),Схема блока анализа выполнена намикросхемах 155 серии.Блок 4 принятия решения (фиг.5)производит совместную обработку выходных сигналов обоих блоков анализа,Он состоит из двух сумматоров 40 и41, двух элементов НЕ 42 и 43 и семиключей 44-50, причем входы первого40 сумматора соединены с выходами,суммы (выходы 1) первого и второгоблоков анализа, а входы второго сумматора соединены с выходами переноса(выходы 2) первого и второго блокованализа.Входы 1 - 3 блока принятия решения являются управляющими, а входы4 - 7 - информационными.Пусть, например, сигналы появились на входах 4 и 5 блока 14 принятия решения, тогда появится сигнална выходе переноса сумматора 40 исоответственно на выходе первого элемента НЕ 42, и при наличии сигналана управляющем входе 1 появится сигнал на выходе ключа 45.Функциональные узлы блока принятия решения выполнены на микросхемах155 и 284 серий.Регистратор предназначен осуществить визуальную индикацию классаслучайного сигнала и выполняется сиспользованием лампочек накаливания,светодиодов, индикаторов на жидкихкристаллах и др.ходе фильтра 2. На каждом из тактовпроизводится сравнение напряжений,генерируемых блоком эталонньи напряжений, и напряжения, соответствующего измеренной плотности вероятности,а также подсчет числа ликов автокорреляции. В результате в конце каждого такта классификации на выходе блока 11 выбора решения вырабатывается 1 Онапряжение, соответствующее тому эталонному напряжению, которое по форменаиболее близка к форме напряжения,даваемого измерителем 7 плотности вероятности, а на выходе счетчика 8 вы,5рабатывается напряжение, указывающеена многопиковый или одиопиковый характер автокорреляционной Функции.Эти напряжения поступают на блоки 12и 13 анализа. После окончания второго 2 Отакта классификации в блоке анализаосуществляется междутактовая обработка сигналов, полученных на каждом изтактов, Сигналы с выходов двух блоков 12 и 13 анализа поступают на входы блока 14 принятия решения, в котором осуществляется совместная обработка сигналов, полученных в результате вероятностного, корреляционногои спектрального анализов входногопроцесса, В результате выносится решение о классе действующего сигнала. Рассмотрим Функционирование устройства на примере следующих сигналов: периодическая последовательность радиоимпульсов и шумовой сигнал аСигнал - последовательность радио- импульсов (Фиг.ба,1). 40При запуске устройства классификации синхронизатор 9 Формирует напряжение для синхронизации работы генератора 5 пилообразного напряжения, управляет коммутатором 3, который 45 подключает фильтр (ф, ) 1 к вхоцам измерителей 7 плотности вероятности и автокорреляционной 4 Функции. Начинается первый такт классификации, Напряжение на выходе измерителя 7 50 плотности вероятности имеет вид группы из трех импульсов различной амплитуды (фиг.ба,З). Эталонные напряжения имеют вид, указанный на Фиг.ба, 4-6, Напряжение на выходе измерите ля 4 автокорреляционной функции имеет вид периодической импульсной последовательности (фиг.ба,7). Схема выбора вырабатывает сигнална управляющем и информационных выходах, соответствующий эталону для периодической импульсной последователь"ности (Фиг.ба,8). Этот сигнал запоминается:в блоке анализа (фиг.ба,9).Одновременно на выходе счетчика 8появится сигнал (фиг.ба,10), поскольку число пиков автокорреляции болееодного. Этот сигнал запоминается впервом блоке анализа. Первый тактклассиФикации на этом заканчивается.Начинается второй такт классификации,Синхронизатор 9 повторно запускаетгенератор 5 пилообразного напряжения,коммутатор 3 подключает измерителиплотности 7 вероятности и автокорреляционной 4 Функции к Фильтру 2 (ф ).2:В силу узкополосности входногосигнала, напряжение на выходе фильтра 2 отсутствует; плотность вероятности и автокорреляционная Функцияимеют нулевые значения. Сигналы навходах блоков анализа отсутствуют(фиг.ба 11 такт),По окончании второго такта синхронизатор 9 замыкает ключи 32 и 35 вблоках 12 и 13 анализа и сигналы поступают соответственно на входы сумматоров 38 в каждом из блоков 12 и 13анализа. На выходах суммы обоих блоков появится сигнал (фиг.ба,11,12),а на выходах переноса сумматоров напряжение отсутствует. Сигналы первогои второго блоков 12 и 13 анализа суммируютея в блоке 14 принятия решения.На выходе переноса первого 40 сумматора блока 14 принятия решения появится сигнал. На остальных выходахсумматоров 40 и 41 сигналы отсутствуют. Присутствие сигнала на управляющем входе 1 блока 14 принятия решения открывает через ключ 45 этогоблока выход на индикацию импульсногопериодического сигнала (ИПС).Шумовой сигнал (Фиг.бб.1),С учетом широкополосноети спект, ра частот входного процесса на выходах Фильтров 1 и 2 ( У, и ф ) будетнапряжение. Измеренные плотности вероятности на обоих тактах классификации имеют вид гауссовой кривой(Фиг.бб,З), а автокорреляционнаяФункция имеет вид одиночного импульса (Фиг.бб,7). Поэтому после второготакта классификации сигнал вырабатывается только на выходе переноса вто 1 гЗ 1 Мрого блока 13 анализа и на втором управляющем выходе блока 11 выбора решения (фиг,бб,8). При подобной комбинации входных сигналов блок 1 ч принятия решения открывает путь для индикации шумового широкополосного сигнала. Формула изобретения 10 Устройство для классификации случайных сигналов, содержащее блок определения корреляционной Функции, яблок определения плотности вероят ности и регистратор, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности и надежности классификации, оно содержит коммутатор, блок задания эталонных напряжений, три це почки, состоящие из последовательно соединенных узла определения модуля разности, узла интегрирования и схемы сравнения, блок выбора решения, счетчик, первый и второй блоки акали за, блок принятия решения, генератор пилообразного напряжения, синхронизатор и перный и второй полосовые Фильтры, входы которых являются со" ответственно первым и вторым входами 30 исследуемых сигналов устройства, а выходы подключены соответственно к первому,и второму информационным входам коммутатора, выход которого соединен с информационными входами блока определения корреляционной Функции и блока определения плотности вероятности, выход генератора пилообразного напряжения соединен с синхровходами блока определения корреляционной 40 функции, блока определения плотности вероятности и входом запуска блока задания эталонных напряжений, выходы которого соединены соответственно с первыми информационными входами уз лов определения модуля разности всех цепочек, вторые информационные входы которых объединены и подключены к выходу блока определения плотности вероятности, а первый выход синхронизатора подключен к нходам сброса узлов интегрирования трех цепочек, второй выход синхронизатора подключен к синхронизирующему входу генератора пилообразного напряжения и тактовому нходу счетчика, счетный вход которого соединен с выходом блока определения корреляционной функции, а выход подключен к информационному входу первого блока анализа, первый и второй управляющие входы которого объединеныс первым и вторым управляющими входами второго блока анализа электронного коммутатора и подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока синхронизации, пятый ишестой выходы которого соединены соответственно с третьими и четвертымиуправляющими входами первого и второго блоков анализа, выход переносаи информационный выход каждого из которых подключены соответственно кперному и второму входам переноса ипервому и второму информационным входам блока принятия решения, группавыходов которого соединена соответственно с группой входов регистратора, а первый второй и третий управ-,ляющие входы блока прикятия решенияподключены соответственно к трем управляющим выходам блока выбора решения, синхровход которого подключен кшестому выходу синхронизатора, а первый, второй и третий информационныевходы блока выбора решения соединеныс выходами схем сравнения трех цепочек, прн этом блок выбора решения содержит три триггера, выходы которыхявляются соотнетственно первым, вторым и третьим управляющими выходамиблока, элемент ИЛИ, выход которогоявляется информационным выходом блока выбора, шесть элементов НЕ и триэлемента И-НЕ, первые входы которыхсоединены с выходами соответственнопервого, второго и третьего элементов НЕ, а выходы элементов И-НЕ соответственно через четвертый, пятый ишестой элементы НЕ подключены к входам элемента ИЛИ и первым входамтриггеров, вторые входы которых объединены и образуют синхровход блокавыбора, вход перного элемента НЕ объединен с вторыми входами второго итретьего элементов И-НЕ и являетсяпервым информационным входом блока,вход второго элемента НЕ объединенс вторым входом первого и третьимвходом третьего элемента И-НЕ и является вторым информационным нходамблока, вход третьего элемента НЕобъединен с третьими входами первогои второго элементов И-НЕ и являетсятретьим информационным входом блокавыбора, при этом каждый блок анализасостоит из сумматора, прямой выходкоторого является информационным выходом блока, а инверсный - через элемент НЕ образует выход переноса блока, четыре ключа и два триггера, первые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второгоключей, а выходы подключены к информационным входам соответственно тре Отьего и четвертого ключей, выходыкоторого соединены соответственно свходами первого и второго слагаемыхсумматора, информационные входы первого и второго ключей объединены и 15являются информационным входом блока,управляющие входы первого и второгоключей являются соответственно первым и вторым управляющими входамиблока анализа, а попарно объединен Оиые вторые входы первого и второготриггеров и управляющие входы третьего и четвертого ключей являются соответственно третьим и четвертым управляющими входами блока анализа,блок принятия решения содержит первый и второй сумматоры, первые ивторые входы которых являются соответственно с первого по четвертый информационными входами блока, семь ключей, выходы которых образуют группу выходов блока и два элемента НЕ, входы которых соединены с выходами переноса соответственно первого и второго сумматоров, управляющие входы первого, второго, третьего и четвертого ключей объединены н являются первым управляющим входом блока, инФормационные входы первого и шестого ключей объединены и подключены к выходу суммы первого сумматора, а выход первого элемента НЕ подключен к информационному входу второго ключа, информапмонные входы третьего и пятого ключей объединены и подключены к выходу суммы второго сумматора, выход второго элемента НЕ соединен с информационными входами четвертого и седьмого ключей, управляющий вход пятого ключа является вторым управляющим входом блока принятия решения, а управляющие входы шестого и седьмого ключей объединены и образуют третий управляющий вход блока принятия решения.Фь ф Ф Ы,оставитель Э.Сечннаехред М.Ходанич ректор Е.Рош едактор С.Патрущева Заказ 2773/52 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,Тираж 671 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва,"Ж, Р