Устройство для определения энтропийных характеристик случайных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНТРОПИЙНЬК ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом счетчика числа отсчетов и с тактовьм входом аналогоцифрового преобразователя, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первымИнформационным входом блока определения функции плотности вероятности, выход которого через первый блок постоянной памяти подключен к первому суммирующему счетчику, выход которого соединен с первым информа1щонным входом коммутатора и входом второго блока постоянной памяти, первый выход которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого подключен к блоку индикации, отл ич ающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения двумернойэнтропии и двумерных энтропийных текущего и усредненного коэффиирентов качества шума, оно Содержит счетчик кода задержки, блок управляемой задержки, второй суммирующий счетчик и блок усреднения, 9 выход которого соединен с третьим информационным входом коммутатора, а вход блока усреднения подкл«очен к выходу второго суммирующего счетчика, вход которого соединен с вторым информационным выходом второго блока постоянной памяти, при этом выход счетчика числа отсчетов подключен к 9 управляющему входу блока определения функции плотности вероятности,второй Х информационный вход которого соединен с выходом блока управляемой задержки, X информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход блока управляемой линии задержки соединен с выходом счетчика кодов задержки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

69) ИИ ,зш G 06 F 15/36

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ П=НИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

% 1 (21) 3625652/24-24 (22) 22.07. 83 (46) 23.12.84. Бюл. У 47 (72) А.Е.Биднер, К.Т.Моркус и и С.-P Ñ.Петрикис (53) 681.3 (088.8). (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 526910, кл. Cj 06 Р 15/36, 1975.

2. Буйнявичус и др. Новый прибор

Х6-5 для измерения характеристик случайных процессов. Тезисы докла.дов Х1 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 соединен с первым информационным входом коммутатора и входом второго блока постоянной 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, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения двумерной энтропии и -двумерных энтропийных текущего и усредненного коэффициентов качества шума, оно содержит счетчик кода задержки, блок управляемой 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 ин- . формационным выходом второго блока постоянной памяти, при этом выход счетчика числа отсчетов подключен к управляющему входу блока определения функции плотности вероятности, второй информационный вход которого соединен с выходом блока управляемой задержки, информационный вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а управляющий вход блока управляемой линии задержки соединен с выходом счетчика кодов задержки.

1130 к кто

m =щz Чк.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике, в частности к устройствам. предназначенным.для исследования статистических характеристик случййньпс сигналов, и может быть использовано при построении аппаратуры для оценки Отклонения шумовых. сигналов от гауссовского белого шума. . Известен энтропиметр, содержащий 1О коммутатор . вычитающие и суммирующий счетчики, регистры сдвига, счетчик числа отсчетов, блок памяти значений р„ 16g р., сумматор и блок

219 управления ., 15

Принцип работы энтропиметра.заключается в следующем. Определяются вероятности р; путем подсчета числа отсчетов исследуемой последовательности, попавших в 1 -й амплитудный 20 интервал. При переполнении счетчика числа отсчетов значения р, сформированные в регистрах сдвига, посту пают в блок памяти, являясь адресами соответствующих ячеек с величинами 25 р, 1оя р,, которЫе поступают далее на сумматор, где вычисляется значени е энтропии (13

Недостаток панного энтропиметра - узкие функциональные возможнос- 30 ти; позволяющие определять только одномерную энтропию. .Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устроНсТВо для определения 9HTpoIIHHHbIx 35 характеристик случайных сигналов,. .содержащее генератор тактовых импульсов, счетчик числа отсчетов, аналого-цифровой преобразователь, первый вход которого является вхо- 4 дом устройства, а второй вход объединен с входам счетчика числа отсчетов и подкЛючен к выходу генератора тактовых импульсов, блок определения функции платностИ вероятности, пер- 45 вый вход которого соединен с выходом аналого-цшфравога преобразователя второй вход - с вьрсадом счетчика числа отсчетов, первый блок постоян- . ной памятч, вход которого подключен к выходу блока определения функции плотности вероятности, а выход через последовательна соединенные сумматор и коммутатор па)цключен к индикатОРУ, а также втОрай блОк пОстОЯнной памяти, входом подключенный к выходу сумматора 6, а первым выходом - к. второму входу коммутатора (2)j

878 1

Недостаток 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 нормального 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» Н (»к) вычисляется по формуле м ы .))»««) =-å å ««(«;,«,,i.)»«««;(w»«; «Р„)«««), ! где Ъ(х;,Х 1,»,к1 ьх ьх»),)» . ь)п )

Р(»;- — «(R), <õ;+ —,х;- — «х»» «) у „;+ — )

1), )» 2 интервал задержки между .отсчетами х х>, K=1,2,...,m — номер ингервала задержки, Tî = шаг дискретизации процесса.

Двумерный текущий энтропийный коэФфициент ) „ для данного интервала задержки „ вычисляется по форл муле . и Е "" а усредненный ск д е энтропийный коэффициент вычисляется по формуле

В отличии от одномерных характеристик двумерного энтропия Н (2„ ) и текущий коэффициент качества шума несут информацию не только о вик де распределения вероятностей, но и о спектрально-корреляционных свойствах сигнала. а усредненный энтропийный коэффициент отражает

11308

Э полосовые 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 1О соединен с входом счетчика числа отсчетов и с тактовым входом аналоГо-цифрового преобразователя, информационный вход которого является информационным входом устройства, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым информационньм в одом. 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 которого соединен с вторым информационным входом коммутатора, выход которого подключен к блоку индикации, содержит счетчик кода задержки, блок управляемой 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-цифро45 вого преобразователя, а управляющий вход блока управляемой линии задержки соединен с выходом счетчика кодов задержки.

На фиг. 1 и 2 представлено пред- 50 лагаемое устройство.

Устройство содержит генератор 1 тактовых импульсов, счетчик 2 числа отсчетов, аналого-цифровой преобразователь 3, первый вход которого яв- 55 ляется входом чстройства,.а второй вход объединен с входом счетчика

2 числа отсчетов и подключен к выхо78 4 ду генератора 1 тактовых импульсов, блок 4 определения функций плотности вероятности, первый. вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 3, второй вход — с выходом счетчика 2 числа отсчетов, блок 5 постоянной памяти, вход кото-. рого подключен к выходу блока 4, а выход 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 6 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, управлякнцнй вход — с выходом счетчика 10 кода задержки, а выход подключен к третьему входу блока 4 определения функции плотности ве-" роятности, причем второй выход вто-рого 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 себя щ циклов, в которых определяются значения текущих двумерных энтропийных коэффициентов качества шума g (с ) для интервалов задержки к = кТ (к = 1,2,...,tn) после чего вычисляется значение усредненного коэффициПЪ ента =-, 1 (.„) . ко

Исследуемый случайный- сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 3, где формируются цифровые отсчеты с шагом дискретизации Т„. который эацается генератором

1 тактовых импульсов. Цифровые m счеты исследуемого случайного сигнала поступают на первый вход блока 4 определения функции плотности веро-, ятностей непосредственно и на третий вход этого блока через блок 11 управляемой задержки, построенной на основе оперативного запоминающего ус тройства.

В блоке 4 для каждой пары отсче-, тов Х;, Х, разделенных интервалом задеркки ь, опредепяются значения

1130

fO совместной плотности вероятностей (Xf 4 Х1 1 {lk ) . Количество отсчетов, анализируемых за один цикл работы устройства, определяется, разрядностью И счетчи- 5 ка 2 числа отсчетов; а максимальный интервал запержки вТ„зависит от разрядности щ счетчика 10 кода задержки..

После прохождения ® отсчетов в счетчике 2 вырабатывается импульс переполнения, разрешающий выдачу значений g (Х„, Х,Ф „ ) в первый блок 5 постояйной памяти и одновременно .увеличивающий содержимое счет- 15 чйка 10 кода выборки на единицу, подготавливая его к следующему циклу.

Из блока 5 постоянной памяти считываются значения, хранящихся в нем

sarm +W(ff„p; Ë)àõ Peg ЪЧ (х;,у;,"„„Я, 2о поступающие далее на счетчик 6, где вычисляются значения двумерной энтропии Н (3„) для К-.oro интервала задержки. Значение Н (Йх) поступает в блок 9,памяти, где хранятся эначе- 25 ния двумерного коэффициента качества шума 1 . Значение g („) поступает на второй сумматор 12. Накопленное в счетчике 12 после е циклов значение делится на юв блоке 13 ЗО .усреднения и получаемое значение

878 6 усредненного коэффициента качества

1 " = — Е „через коммутатор 7 поступает на блок 8.

Кроме того,на блок 8 через коммутатор 7 поступают от блока 6.значения двумерной энтропии Н (7 ) и от блока 9 значения текущего энтропийного коэффициента g„,, Положительный эффект достигается за счет введения в известное устройство для определения энтропийных характеристик случайных сигналов счетчика 10.кода задержки, блока 11 управляемой задержки. счетчика 12 и блока 13 усреднения которые обеспе7 чивают опоепелеиие двумерной энтропии Н { l„), текущего двумерного энтропийного коэффициента $ > и усредненного двумерного энтропийного коэффициента g . Эти характеристики являются эффективными числовыми критериями качества случайных сигналов, отражающими как вип распределения, так и корреляционно-спектральные свойства сигналов.

Технические испытания предлагаемого устройства показали его дополнительные функциональные возможности при оценке качества коррепированного шума.

1 130878

Составитель 3.Сечина

РедактоР С.ПатРУшева ТехРед 3. Палий.

Корректор M.Розман

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9612/36 .Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5