Устройство приема и распознавания шумоподобных сигналов с импульсами гармонической формы

Полезная модель относится к радиоэлектронике и может быть использована при решении задач автоматизированной идентификации сигналов в системах радиомониторинга. Также может быть использована для уверенного приема информационных импульсных сигналов на фоне естественных или искусственных помех и для определения параметров искусственных помех в системах радиоэлектронной разведки.
Известны устройства для решения подобных задач, см. например, Варакин Л.Е. "Система связи с шумоподобными сигналами", М, "Радио и Связь", 1985 г., стр. 384, в котором каждый бит информации в передатчике смешивается с цифровой псевдослучайной последовательностью, обладающей хорошими корреляционными свойствами. Для отделения полезного сигнала от смешанной с ним последовательности в приемнике используется коррелятор. Коррелятор, который побитно сравнивает принимаемую смесь сигналов и последовательности с копией такой же последовательности, хранящейся в его памяти.
Недостатками устройств, основанных на корреляции сравниваемых полезных сигналов и помехи, является некорректное преобразование в случае, если лог. 0 и лог. 1 будут находится не выше 0,3 В и не ниже 2,4 В (Для ТТл-логики).
Известно "Устройство автоматизированной идентификации сигналов на основе нейронной сети", см. патент РФ №135434, в котором содержится: формирователь вектора параметров сигнала; запоминающее устройство хранение векторов параметров сигналов соответствующих классов и сигнала и сведения об избыточности векторов параметров сигнала и определяющий диапазоны нормирования элементов векторов, его недостатком является, что оно, в основном, предназначено для повышения быстродействия, а вопрос помехоустойчивости является второстепенным, вследствие этого в условиях повышенных искусственных или естественных помех его применение может быть некорректным.
Общетехнической задачей является умеренный прием информационных сигналов на фоне искусственных или естественных помех.
Технической задачей полезной модели является повышение уверенного приема полезных сигналов на фоне искусственных или случайных помех, т.е. повышение помехоустойчивости.
Технический результат достигается за счет построения электрической схемы на основе применения подобия нейронной сети.
Для решения поставленной задачи предлагается:
Устройство приема и распознавания шумоподобных сигналов с импульсами гармонической формы, основанное на использовании искусственной нейронной сети, отличающейся тем, что каждый бит принимаемой информации логических сигналов пораженных помехами через свой дендрит соединен с нейроном, выход которого соединен с аксоном, выход которого является выходом устройства, причем в качестве дендритов применены АЦП, в качестве нейрона - микропроцессор, в качестве аксона - приемник полезного расшифрованного сигнала, причем микропроцессор связан с АЦП шинами связи: пуском АЦП, считывания с АЦП информации и тактовой шиной, а приемник полезного расшифрованного сигнала является выходом устройства.
Устройство предоставлено следующими чертежами: фиг. 1 - уровни лог. 0 и лог. 1 принимаемого сигнала внутри "мертвой зоны" ТТЛ - логики, фиг. 2 - уровни лог. 0 и лог. 1 принимаемого сигнала, которые выходят за пределы распознавания ТТл - логики, на фиг. 3 - схема нейронной сети принимаемого сигнала в случае изменения уровня лог. 1, вызванного внешними факторами, фиг. 4 - электрическая принципиальная схема устройства, фиг. 5 - показана последовательности Баркера длиной 13 разрядов, пораженная двумя кратковременными помехами в течение одного периода.
На фиг. 3 и 4 показано:
1 - входная импульсная информационная последовательность
2 - линейка дендритов (она же линейка АЦП) (дендрит 2…N)
3 - нейрон (микропроцессор)
4 - аксон (выходное устройство)
Устройство фиг. 3 и 4 имеет следующие соединения: 1 соединен со своим дендридом 2-1…2-N (на фиг. 3) или, что тоже самое со своим АЦП - линейки 2, выходы всех дендридов - АЦП 2 соединены со входом микропроцессора 3, выход которого через аксон 4 - (выходное устройство 4) является выходом непосредственно устройства.
Для того чтобы обработка сигналов с уровнями, показанными на фиг. 1, стала возможной, предлагается использовать искусственную нейронную сеть, точнее ее подобие на основе современного высокого развития микроэлектроники. Как известно, нейронная сеть [2] состоит из нейронов и связей между ними - аксонов и дендритов. Нейрон собирает информацию о происходящих в зоне его ответственности процессах через десятки тысяч дендритов, принимает решение на основе полученных данных, и передает его через единственный выход - аксон. Несмотря на то, что сигналы между нейронами в мозге человека обмениваются сигналами длительностью несколько миллисекунд, что очень медленно в сравнении с быстродействием современных компьютеров, человек способен намного быстрее компьютера обрабатывать поступающую аналоговую информацию - изображение, запах, вкус и т.д. Искусственные нейронные сети широко применяются для решения задач моделирования и прогнозирования в экономике, кибернетике, робототехнике и математике.
Применить искусственную нейронную сеть для обработки шумоподобных сигналов в приемнике предлагается следующим образом; см. фиг. 3 и 4.
Параллельная обработка при приеме шумоподобных сигналов хорошо известна и применяется в корреляторах и согласованных фильтрах некоторых технических систем. Однако указанная обработка опирается па постоянство уровней логических нуля и единицы, в то время как вследствие импульсных помех, многолучевости при перемещении абонента или источника помехи, одинаковые логические уровни в принимаемом сигнале могут сильно различаться. Поэтому применение нейронной сети, способной к обучению и использованию полученных ранее знаний, позволит улучшить разборчивость принимаемой кодовой комбинации и таким образом повысить помехоустойчивость канала связи.
Техническая реализация дендритов, нейронов и аксонов в данном патенте не ограничивается каким-либо конкретным решением.
Кроме обработки шумоподобных сигналов в данном патенте нейронная сеть может быть использована также для анализа помеховой обстановки и классификации действующих на систему связи помех, как показано на рис. 5.
Несмотря на повреждение принимаемой последовательности Баркера двумя помехами, ее корректный прием и распознавание возможно благодаря существующим техническим решениям. Применение нейронной сечи в данном случае позволит накапливать информацию о периодичности, величине, других характеристиках воздействия внешних помех на канал связи. Полученная информация может быть использована для классификации действующих на канал связи помех, как искусственного, так и естественного происхождения. Предварительная информация о возможных помехах позволит дополнительно улучшить помехоустойчивость канала связи.
Выходное устройство это в общем случае приемник полезного расшифрованного сигнала, сигналы которого могут быть использованы где-угодно, например в принтере для его печати, в мониторе для визуального просмотра, в ПК и т.д., т.е. без пользователя выходное устройство не имеет смысла.
1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М: «Радио и связь», 1985. - 384 с.
2. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 382 с. - ISBN 5-93517-031-0.
3. Патент РФ №135434 «Устройство автоматизированной системы сигналов на основе нейронной сети».