Элементы теории биологических анализаторов - Позин Н.В.
Скачать (прямая ссылка):
Выделение ударных моментов, образующих интервалы, соответствующие максимумам интервальной гистограммы. На рис. 107, в приведена нейроподобная структура, выполняющая эту операцию.
Здесь под слоем Li понимается слой тех самых запоминающих элементов, что и на рис. 107, б. Приходящий импульсный сигнал / (t) поступает на слой и распространяется по нему со скоростью V. Если на слой L6 поступил импульс в момент времени t0, то ко времени t он будет находиться в точке х — v-(t — ?0) = v- Т и, следовательно, амплитуда в точке х слоя L% связана со значением поступающего сигнала соотношением А (х, t) = / (t — x/v). Обозначим эшору возбуждения запоминающих элементов слоя Lt ф (х). Если перемножить возбуждения па слоях Lt и L6 с помощью элементов слоя Ьъ и просуммировать (элемепт N-?), то амплитуда возбуждения элемента Ns будет равна
Или, переходя к непрерывному случаю (континуальной модели, слоя) и считая для определенности v ~ 1, получим
Со
ЛГ*(/)- = ]'/(/- Т).${Т) <и,
6
где Т — t — t0. Т. е. величина возбуждения элемента Nz такая же, как на выходе фильтра с импульсно переходной характеристикой, равной i|; (7'). Выходной сигнал пропорционален произведению / (t) на 7V2 (t). Если через такую структуру пропускать последовательность равноотстоящих по времени импульсов (интервал между импульсами равен Т0), то максимум я|> (Т) будет находиться п точке Т ¦¦= Т0 и максимальные ответы элемента Nz будут совпадать с моментами прихода импульсов. В случае более сложного ритмического сигнала, состоящего из набора интервалов Т1, 7’2, Т.А . . . Тп, максимальный ответ будет наблюдаться в момент прихода каждого из импульсов, составляющих ритмическую структуру. Для повышения,степени подавления случайных помех целесообразно ввести обратную связь с выходного элемента Nz так, чтобы степень возбуждения элемента 1г (первого элемента слоя Lj) равпялась / (t) + K„c-Nz (t), где К0>~ — коэффициент обратной связи.
Предложенный метод выделения ударных моментов, соответствующих ритмическому рисунку был реализован на ЭВМ и рассмотрено влияние отдельных параметров на качество подавления случайных ударных моментов.
Основными параметрами алгоритма являются:
1) т — постоянная времени суммации запоминающих элементов;
2) р — степень расширения возбужденной области;
3) Кос — коэффициент обратной связи;
4) s (|) — функция связи между элементами, выполняющими операцию латерального торможения.
В качестве сигнала использовалась последовательность равноотстоящих по времени импульсов (период Тj). В эту последовательность шум вносился следующими двумя способами:
1) наложением пуассоиовской случайной последовательности импульсов со средпим значением интервала между импульсами, равным ;
2) введением нестабильности в значение иптервала между импульсами, образующими сигнал. Каждый из интервалов представлял случайную величину х с нормальным распределением и с х — 0 и о (х) — о„. Использовались следующие значения Г2 и °о:
TV-’-Л; 0,8.74; 0,0- 7\; 0,4-7’,; ст0 = 0; 0,005; 0,1; 0,15.
Длительность серии, предъявляемой испытуемому, составляла 58 периодов основного сигнала. Качество работы алгоритма оценивалось по тому, сколько импульсов, образующих ритмический сигнал (щ), и сколько ложных импульсов (п2) останется носле фильтрации, начиная после восьми периодов, необходимых на установление.
Было проведено исследование влияния отдельных параметров на работу алгоритма. Оказалось, например, что коэффициент обратной связи следует выбирать равным 0,5, так как вблизи этого значения величина /г, максимальна. На рис. 108 приведены зависимости от коэффициента обратной связи числа импульсов, пропущенных блоком выделения (п, — для ритмического сигнала, п2 — для случайных импульсов). Шестнадцать зависимостей соответствуют шестнадцати комбинациям значений пар Т% и а„. При очень малых значениях коэффициента расширения возбужденной области (5 алгоритм плохо выделяет ударные моменты ритмического сигнала в случае, когда величина о0 отлична от нуля. Но при больших значениях [3 резко увеличивается пропускание случайных импульсов. Оптимальное значение коэффициента |3 зависит от значения а0 и от отношения Т2/Тг и расположено вблизи значепия 0,05. Увеличение постоянной времени т улучшает качество работы системы, но при этом резко возрастает время восстановления после окончания работы алгоритма. Проведенные эксперименты показали, что значение т целесообразно выбирать равным 5—10 периодам. Введение широких латеральных связей (в 5—10 раз превосходящих ширину возбужденной области) улучшает качество работы, но создает возможность подавления пиков гистограммы, соответствующих другим интервалам ритмического сигнала. Вследствие этого величина радиуса тормозных связей должна быть меньше минимальной разности встречающихся интервалов.
Предложенный алгоритм плохо выделяет ритмическую структуру в условиях сильного аддитивного шума (при отсутствии чистых интервалов). Однако для использования в некоторых технических задачах по выделению сигнала в сильных шумах его можно модифицировать. В качестве фупкции, влияющей на коэффициент передачи в этом случае нужно использовать автокорреляционную функцию.
