Способ выделения однократного сигнала на фоне помехи

 

Применение: изобретение может быть использовано в технике физического эксперимента , в исследовательской и разведочной геофизике. Сущность изобретения: способ состоит в том, что их входной смеси сигнал-шум выделяют помеху, вычисляют от нее производную и запоминают ее значение в момент прихода выделяемого сигнала. Затем вычисляют интеграл от производной помехи за период -выделяемого сигнала и полученную величину вычитают из исходной смеси сигнала с шумом, что позволяет компенсировать помеху и выделить полезный сигнал. 1 ил.

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))ю G 01 R 29/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4813045/21 (22) 13.04.90 (46) 15,11.92. Бюл, N 42 (71) Спецсектор Института физики Земли им, Ю. Ю, Шмидта (72) 8, И, Барышев, Л. Л. Вааг, Ю. Б. Двоеглазов и А. С. Полетаев (56) Г. Ханзел. Справочник по расчету фильтров, Пер, с англ./Под ред, А. Е. Знаменского. — M.: Сов, радио, 1974, (54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ОДНОКРАТНОГО СИГНАЛА НА ФОНЕ ПОМЕХИ

Изобретение относится к технике физического эксперимента. более конкретно — к технике выделения сигнала из помех.

Способ предназначен для выделения полезного сигнала из помехи, превосходящей его во много раэ по амплитуде и длительностии.

Способ может быть использован в технике физического эксперимента.

Целью изобретения является повышение эффективности подавления помехи.

Ниже приводится анализ, который является доказательством возможности достижения положительного эффекта при осуществлении изобретения, Обозначаем f> верхнюю частоту, fz нижнюю частоту в спектре полезного сигнала, F — частоту помехи. Рассмотрим источники и величину погрешностей, возникающих при использовании для выделения полезного сигнала способа прототипа, т, е. с использованием фильтра-подавителя, настроенного на частоту F.

„„ЯЦ „„1775690 А1 (57) Применение: изобретение может быть использовано в технике физического эксперимента, в исследовательской и разведочной геофизике. Сущность изобретения: способ состоит в том, что их входной смеси сигнал-шум выделяют помеху, вычисляют от нее производную и запоминают ее значение в момент прихода выделяемого сигнала. Затем вычисляют интеграл от производной помехи за период выделяемого сигнала и полученную величину вычитают иэ исходной смеси сигнала с шумом, что позволяет компенсировать помеху и выделить полезный сигнал, 1 ил.

Если добротность фильтра-подавителя равна Q, то помеха будет подавляться o Q раз. Одновременно будут подавляться пектральные составляющие полезного сигнала, и тем сильнее, чем их частота ближе к частоте Г. Если f) — l3(> (fz — F, то основная погрешность передачи полезного сигнала произойдет за счет искажения фильтромподавителем частоты fz. Если fz попадает в полосу фильтра-подавителя hf = F/Q, т. е.

ЛF

jF — Ц < — 2-, то искажение составляющей fz по амплитуде будет не менее чем в 0,7 раза, т. е. на 70;ь. При совпадении частот F u fz составляющая будет подавлена в Q раэ, что еще хуже. При fz=.f< также будет искажаться и составляющая fi, т, е. весь спектр полезного сигнала, т. к, промежуточные частоты также попадут в полосу фильтра-подавителя. При большом различии частот fz и Г, т. е, f1/F = k u k «1 (1) или k >)1 (2) задача разделения становится тривиальной. Но при этом вовсе не обязательно, что f1-fz (3) 1775690 и f< может быть искажена, Если не соблюдается (1) или (2) или при соблюдении одного из этих соотношений не соблюдается (3), то выделение полезного сигнала с приемлемой погрешностью невозможно. Но даже при благоприятном для разделения соотношении частот полезного сигнала и помехи применение RC или LC фильтров приводит к фазовым искажениям полезного сигнала, причем эти искажения неодинаковы для различных его спектральных составляющих, что приводит, например, к недопустимому искажению формы сложного импульсного сигнала, В предлагаемом способе полученный сигнал в самом принципе не пропускают через частотозависимые цепи, чтобы исключить искажение его амплитуды и фазы, Пример применения способа для регистрации однократного сигнала с конкретными параметрами на фоне помехи позволяет проиллюстрировать приведенные выше доказательства.в защиту предлагаемого способа. Регистрируется однократный. импульсный сигнал сложной формы длительностью 5 мсек, Верхняя граничная частота в спектре сигнала — 32 Гц, нижняя — 3,1

Гц. Частота помехи равна 3 Гц и превышает по амплитуде полезный сигнал минимум в

30 раз. Применение аналоговых — активных, индуктивных или цифровых фильтров, на .троенных на частоту помехи — ЗГц неприемлемо, т. к. недопустимо искажает форму регистрируемого импульса. Предлагаемый способ базируется на запоминании производной от помехи. За 5 мсек производная от трехгерцовой помехи изменяется незначительно и погрешность экстраполяции помехи при интегрировании производной не превышает 0,5 /. Операция вычитания дополнительной погрешности не вносит.

Способ может быть реализован в устройстве, блок-схема которого приведена на фиг, 1.

Устройство состоит из дифференциатора 1, ключа 2, конденсатора памяти 3, интегратора 4, сумматора 5. Поступающая на вход устройства помеха дифференцируется дифференциатором 1.

В момент прихода полезного сигнала ключ 2 размыкается и на конденсаторе 3 запоминается значение производной от помехи в этот момент. Это значение интегрируется интегратором 4. На его выходе получается напряжение помехи, экстраполированное по значению ее производной в

М0М8НТ раэмыкания ключа 2.

Полученная величина помехи 0л

dt суммируется на сумматоре с сумбt мой помехи и сигнала на протяжении интервала от tt до t2. Учитывая, что длительность регистрируемого процесса, равная длине интервала t2 — t1 мала по сравнению с периодом помехи Тп, считаем, что производная

dU„ldt за этот промежуток времени мало

d Un изменяется, т. е, 2 очень мала. На пракd t тике при длительности регистрируемого полезного сигнала 5 мсек и периода помехи около 300 мсек удавалось получить подавление помехи в 200 раз, Предлагаемый способ и реализующее его устройство могут использоваться в измерителях естественного магнитного, электрического полей и др, физических величин, когда требуется зарегистрировать кратковременное возмущение малой амплитуды на фоне медленных вариаций большой длительности. Например, требуется зарегистрировать кратковременное возмущение электрического поля, вызванное развитием плазменного шнура разряда молнии на значительном расстоянии от места наблюдения. Амплитуда этого сигнала мала из-за удаленности, сам сигнал — кратковременный, а помеха — медленная вариация естественного электрического поля Земли, Ilo амплитуде во много раз превосходит в данном случае интересующий нас полезный сигнал, Начало регистрации четко определено — по переднему фронту световой вспышки. Оно может быть зарегистрировано любым фотоприемником на месте наблюдения.

Устройство для регистрации. импульсных магнитных полей на фоне низкочастотных магнитных вариаций большой амплитуды, реализующее предлагаемый способ, разработано, изготовлено и испытано в

Институте Физики Земли АН СССР. Предпринятые вначале попытки подавления помехи с помощью активных многозвенных фильтров не принесли успеха ввиду слабого подавления помехи и искажения сигнала.

Технико-экономическая эффективность заявленного способа может быть оценена только косвенно, по степени повышения эффективности соответствующих измерений при физических исследованиях, Формула изобретения

Способ выделения однократного сигнала на фоне помехи, состоящий в том, что из смеси сигнал-помеха выделяют помеху и вычитают ее из смеси сигнал-помеха, о т л и1775690

Составитель Н.Михалев

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Т.Палий

Редактор Т,Иванова

Заказ 4033 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10i ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности подавления помехи, вычисляют производную от помехи, запоминают ее значение в момент начала выделяемого сигнала, вычисляют интеграл от нее за период выделяемого сигнала и используют полученную величину при вычитании как значение помехи.