Устройство для оптимальной компенсации случайных сигналов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ, содержащее два усилителя, вход каждого из которых является .одним из двух входов устройства, и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход - с выходом второго усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены последовательно соединенные умножитель, фильтр и интегратор, первый вход умножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход - с выходом второго усилителя, причем второй усилитель выполнен в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход интегратора. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ, РЕСПУБЛИК (19} (И}

3(51} G 05 В 13 00 п@ч й ° 1

У:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

M АВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ й

Ь ,I

1 М ф

ЙЫУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3441970/18-24 (22) 24.05.82 (46) 30.12.83. Вюл. }} 48 (72) К.К.Деньщиков, P.È.Ìóðàòîâà, Г.В.Мясоедов и В.М.Тимофеев (71) .Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53), 62-50(088.8) (56) 1. Катыс Г.П. Информационные сканирующие системы. М., Машиностроение, 1965, с.338-343.

?. Местов Н,С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. М., Советское радио, 1967, с.183 (прототип); .(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ содержащее два усилителя, вход каждого из которых является .одним иэ двух входов устройства, и.сумматор, первый вход которого соединен с вы-, ходом первого усилителя, а второй вход — с выходом второго усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены последовательно соединенные умножитель, фильтр и интегратор, первый вход умножнтеля соединен с выходом сумматора, а второй вход — с выходом второго усилителя, причем второй усилитель выполнен в виде усилителя с перемен-, ным коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен

Я выход интегратора.

1064270

10 (2) 50

Ф где 6 - дисперсия сигнала в первом

2 канале;

6g - дисперсия сигнала во втором канаде; коэффициент взаимной корреляции входных сигналов (И

Наличие в канале устройства усилителей с автоматической регулировкой усиление обеспечивает равенст-. во дисперсий, т.е,.возможно (з)

Ч

Изобретение относится к автоматике и предназначено для формирования информативного сигнала.

В автоматике существует необходимость выделения из двух коррелированных случайных сигналов, посту пающих на соответствующие входы устройства, Нх некоррелированной части, используемой далее в качестве полезного сигнала в схеме устройства.

Известно устройство, предназначенное для формирования информативного сиГнала путем схемной обработки входных сигналов П каналов (1) .

Недостаток данного устройства эа- 15 ключается в невозможности получения минимума дисперсии помехи в результирующем канале устройства вследствие отсутствия регулировки величины дисперсий входных сигналах, которая по- >0 зволила бы осуществить оптимальное выделение полезнбго сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее два усилителя,>5 вход каждого из которых является одним иэ двух входов устройства, и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, а второй вход - c выходом второго усилителя f?) .

Однако известное устройство харак- теризуется невозможностью обеспечения высокой точности работы вслед-ствие неоптимального выделения по- лезного сигнала, при этом диапазон 35

его эффективного использования orpa e :устройство является работоспособным только при высокой ,степени взаимной коррелированности входных сигналов. Действительно, 40 положим, что величина сигнала в разностном канале =ч, (1) где ((и - случайные входные сигналы.

Дисперсия сигнала в разностном канале при бесконечном интервале .осреднения

Дисперсия сигнала в разностном канале в этом случае

6< =26 - 36 p =26 (<-pf . (4) Максимальное подавление помех в результирующем канале, т.е. оптимальное выделение полезного сигнала в широком диапазоне изменения параметров входных сигналов, позволяет использовать эффективным образом предлагаемое устройство в .качестве автоматического (адаптивного) компенсатора случайных сигналов.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2— блок-схема усилителя; на фиг.З зависимость величины дисперсии помехи от величины коэффициента корреляции.

Т.е. дисперсия сигнала в разностном канале линейно зависит от коэффициента взаимной корреляции входных сигналов. Подавление помехи

s разностном канале наблюдается только при значениии p) 0,5, а при тенденции Р-10 дисперсия помехи линейно увеличивается и в пределе при ()х0 возрастает (по сравнению с дисперсией помехи в каждом из каналов)

s два раза, т.е. имеет место соотношение

6, =26 . (5)

Цель изобретения - повышение точности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оптимальной компенсации случайных сигналов дополнительно введены последовательно соединенные умножитель, фильтр и интегратор, первый вход умножителя соединен с выходом сумматора, а второй вход — с выходом второго усилителя, причем второй усилитель выполнен в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход интегратора.

Введение в устройство дополнительных блоков, закоммутированных определенным образом, дает возможность оптимальным образом производить выделение из двух коррелированных случайных сигналов на входах устройства их некоррелированной части, причем дисперсия и коррелированность этих сигналов могут варьироваться в широких пределах. При этом предлагаемое устройство обеспечивает получение в результирующем канале минимум дисперсии помех входных сигналов путем осуществления автоматической компенсации этих помех в широких пределах изменения параметров входных сигналов.

1064270 (7), 10

15 (10) (6) Устрбйство содержит первый 1 и второй 2 усилители, сумматор 3, умножитель 4, фильтр 5 и интегратор 6.

Усилитель 2 содержит операционный усилитель 7, резисторы 8 и 9 и полевой транзистор 10.

В качестве усилителей 1 и 2, выполненных по схеме с автоматической регулировкой усиления, может быть использован операционный усилитель типа 284УД1. В качестве усилителя 2 с переменным коэффициентом усиления используется тот же тип усилителя 284УД1, только на выходе имеется делитель напряжения, состоящий иэ постоянного резистора 8 и полевого транзистора 10 типа КП301, проводимость которого меняется в зависимости от величины управляющего напряжения, поступающего на его затвор с фильтра 5. При этом входное напряжение, усилителя

"вх

8х4 К+ Ят Р где "тр - сопротивление перехода сток25 исток транзистора; ()вх - входной сигнал, поступающий на делитель. еслибы» Ryp, Toogg4 ="з5

Таким образом, напряжение на входе операционного усилителя, имеющего большое входное сопротивление, изменяется пропорционально изменению сопротивления Rz>, которое меняется под воздействием управляющего напряжения, поступающего на затвор транзистора.

Сумматор 3 может быть выполнен на.операционном усилителе, например, типа 525ПС1. Фильтр низких 40 частот представляет собой стандартную RC -цепочку. Умножитель 4 может быть выполнен.по схеме типа 525ПС1.

Интегратор 6 может быть реализован на любом операционном усилителе, 45 напрймер 284УД1., Устройство работает следующим образом. .На входы устройства поступают два случайных коррелированных сиг- 50 нала (и g . Величина коэффициента взаимной корреляции этих сигналов может принимать любое значение в интервале 0-1. При этом в одном из каналов осуществляется подстройка 55 коэффициента передачи, например, по сигналу ф Оба сигнала поступают на входы сумматора, где производится их алгебраическое суммирование (вычитание).. С выхода сумматора результирующий сигнал у поступает в раэностный канал схемы.

Величина его а дисперсич 6 при .бесконечном интер L. вале осреднения определяется выражением где Ь вЂ” дисперсия сигнала в первом канале (по первому входу.); — дисперсия сигнала во втором канале (по второму вхо" ду); коэффициент передачи второго канала; коэффициент взаимной корреляции входных сигналов и .

Минимум дисперсии в разностном канале получается при оптимальном коэффициенте передачи k второго канала при условии

1 аа,, (8)

3„=0; 2k6(q гь„ь„р=о, М =, е (9)

Ч

С учетом выражения (9) сигнала в разностном канале

6 =6 id (p-26„ =6 (1-р ).

Сопоставляя графики, определяющие, зависимость величины дисперсии помехи в разностных каналах предлагаемого устройства и прототипа от величины коэффициента корреляции (фиг.3), можно сделать вывод, что предлагаемое устройство имеет лучшее подавление Помехи в раэностном канале и обладает раббтоспособностью в более широком диапазоне значений коэффициента взаимной корреляции. Для поддержания минимума дисперсии помехи в разностном сигнале необхо- димо обеспечить оптимальный коэффициент передачи входного сигнала по второму каналу. Эту операцию можно осуществить с помощью астатического регулятора, состоящего из умножителя 4, фильтра 5. низких частот и интегратора 6. В умножителе 4 происходит перемножение регулируемого входного сигнала (ф)-и сигйала разностного канала, в результате чего иа его выходе имеется напря0=К (4-g 1= - g 2 (11,)

На выходе фильтра низких частот напряжение определяется выражением

Т 2Т () = —" tu(ted<= —" q(gg(t)dt- — " цР(О.

9 R.) ЯТ PT )

-Т

-1

-т

В установившемся режиме сигнал на выходе фильтра равен нулю, т.е.

T т к к p(t)g(t)dt p (t)» *p (»)

2Т 2Т

1064270

0 Оа ОФ 08 д8

Фиа. Х

ВНИИПИ Заказ 10531/49 Тираж 874 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул. Проектная,4

Отсюда оптимальный коэффициент передачи 1 В()ч®4 т (14) (. Ъ ) ч (ч З

-) рде Н) «(1 )()(t)dt - оиекка коаФФк1 цнента взаимной корреляции вход- !О

1 ных сигналов; — Ф(к(а) gt - ОЦЕНКа g CneP1 а 2 сии сигнала в регулируемом канале. !

Нри неограниченном интервале осреднения выражение (14) преобразует- ся в выражение (9). Таким образом, астатический регулятор, состоящий нз умножителя 4, фильтра 5 .низких час- 20 тот и интегратора 6, обеспечивает поддержание оптимального коэффициента передачи в одном из каналов схеЭИ °

Введение в ус.ройство умножите- 25 ля 4, фильтра.5 низких частот и интегратора б, включенных в схему соответствующим образом, позволяет осуществить получение минимума дисперсии помехи входного сигнала в разностном канале схемы и тем са)Фам наилучшим образом выделить полезный сигнал, определяющий эффективность применения предлагаемого устройства, а также высокие точностные качества его работы. Предлагаемое устройство обеспечивает увеличение соотношения сигнал/помеха по сравнению с прототипом во всем диапазоне возможных изменений коэффициента взаимной корреляции случайных сигналов, причем дисперсия и коррелированность входных сигналов может изменяться в широких пределах.

В этих условиях осуществляется,компенсация коррелированной части сигналов оптимальным образом.. Предлагаемое устройство, таким образом, производя автоматическую компенсацию помех входного сигнала является устройством оптимальной, компенсации случайных сигналов,.адаптивно компенсатором случайных сигналов. (Ожидаемый годовой экономический эффект от максимального использования изобретения составляет 53500 руб.