Многоканальное устройство для снижения уровня шумов

 

Многоканальное устройство для снижения уровня шумов, которое может быть использовано в технике связи и обработке сигналов, содержит блок сумматоров из 0,5 М (М - 1) полусумматоров, первый преобразователь с М входами и одним выходом, второй преобразователь с 0,5 М (М - 1) входами и одним выходом и двухвходовый дискриминатор минимального по модулю мгновенного значения сигналов, выход которого является выходом устройства. С помощью первого преобразователя осуществляется в каждый момент времени выбор из шумовых сигналов, поступающих на его входы с соответствующего выхода блока сумматоров, того сигнала, мгновенное значение которого по модулю минимально. С помощью блока сумматоров формируется 0,5 (М - 1) шумовых сигналов вида где ζ = 1,2...1/2M(M-1), η = 1, 2...1/2 M (M - 1) ζ ≠ η. С помощью второго преобразователя осуществляется в каждый момент времени выбор из шумовых сигналов, поступающих с выходов блока сумматоров того сигнала, мгновенное значение которого по модулю минимально. Иными словами, в моменты времени, когда сравниваемые шумовые сигналы имеют разную полярность и близкую по модулю величину мгновенное значение сигнала на выходе второго преобразователя 4 может по модулю быть меньше минимального по модулю мгновенного значения входного шумового сигнала устройства, что тоже самое, на выходе блока первого преобразователя. Технический результат: существенное снижение уровня шумов. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике многоканального приема и обработки сигналов и может быть использовано в устройствах для выделения слабых сигналов на фоне шумов.

Из предшествующего уровня техники известно многоканальное приемное устройство (см. авторское свидетельство СССР N 647870, кл. H 04 B 1/10, 1979 г. ), содержащее M-каналов приема, блок сумматоров, M+1 нормирующий блок и блок выбора максимального сигнала, при этом выходы каналов связи подключены к входам блока сумматоров, выходы которого через соответствующие нормирующие блоки подключены к соответствующим входам блока выбора максимального сигнала. Кроме того, к соответствующим входам блока выбора максимального сигнала подключены и выходы каналов приема. Известное устройство обеспечивает выбор из входных сигналов того, у которого отношение сигнал/шум максимально.

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает улучшения отношения сигнал/шум за счет снижения уровня шумов.

Известно также многоканальное устройство для снижения уровня шумов ( Н. С. Шестов. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех.- М.: Сов. радио, 1967 г. , с. 180), взятое в качестве прототипа и содержащее соединенные с его M входами блок сумматоров, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока, и выходной блок, выход которого является выходом устройства, причем выходы блока сумматоров подключены ко входам выходного блока.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не обеспечивает существенного улучшения отношения сигнала к шуму при полностью некоррелированных шумах в различных каналах устройства.

В основу изобретения поставлена задача разработать многоканальное устройство для ограничения уровня шумов, конструктивное выполнение которого обеспечило бы существенное повышение отношения сигнала к шуму вне зависимости от параметров входных шумовых сигналов в различных каналах.

Поставленная задача решена тем, что многоканальное устройство для снижения уровня шумов, содержащее соединенный с его M-входами блок сумматоров, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока, и выходной блок, выход которого является выходом устройства, согласно изобретению, дополнительно содержит первый преобразователь с M-входами и одним выходом и второй преобразователь с 0,5M · (M-1) входами и одним выходом, блок сумматоров выполнен в виде 0,5M(M-1) двухвходовых полусумматоров, причем каждый вход устройства соединен с соответствующим входом M-1 полусумматоров и соответствующим входом первого преобразователя, выходы блока сумматоров соединены с соответствующими входами второго преобразователя, выход которого, а также выход первого преобразователя соединены с соответствующими входами выходного блока, который выполнен в виде двухвходового дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения входных сигналов, а каждый преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных соответственно N₁ и N₂ каскадов, удовлетворяющих неравенствам: N₁ - 1 < log₂M ≅ N₁ и N₂ - 1 < log₂ 0,5M(M - 1) ≅ N₂, по K двухвходовых дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения сигнала в каждом каскаде, входы дискриминаторов первого каскада являются входами соответствующего преобразователя, каждый вход дискриминатора i-ого каскада, где i = 2, 3, ..., N - 2 (N=N₁ или N=N₂), соединен с выходом соответствующего дискриминатора i-1 каскада, а выход дискриминатора j-го каскада, где j = 1, 2, 3, ..., N-2, соединен с входами не более чем двух дискриминаторов j + 1 каскада, выходы дискриминаторов N-1 каскада соединены с входами дискриминатора N-го каскада, выход которого является выходом соответствующего преобразователя, при этом число K двухвходовых дискриминаторов минимального по модулю мгновенного значения сигналов в каждом каскаде удовлетворяет следующим соотношениям K_N-1 = 2, K_N = 1, где n_вх = M для первого преобразователя и n_вх = 0,5M(M-1) для второго преобразователя.

Кроме того, двухвходовой дискриминатор минимального по модулю мгновенного значения сигналов содержит на первом входе объединенные по входам первый селектор положительной полярности напряжения и первый селектор отрицательной полярности напряжения, на втором входе объединенные по входам второй селектор положительной полярности напряжения и второй селектор отрицательной полярности напряжения, а на выходе четырехвходовый сумматор, выходы первого и второго селекторов положительной полярности напряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого блока выделения минимального мгновенного значения сигналов и первого блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, выходы первого и второго селекторов отрицательной полярности напряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами второго блока выделения минимального мгновенного значения сигналов и второго блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, выход первого блока выделения минимального мгновенного значения сигналов и выход второго блока выделения максимального мгновенного значения сигналов соединены с соответствующими входами четырехвходового сумматора непосредственно, а выход второго блока выделения максимального мгновенного значения сигналов и выход второго блока выделения минимального мгновенного значения сигнала соединены с соответствующими входами четырехвходового сумматора через соответственно первый и второй ключевой элемент, выходы первого блока выделения максимального мгновенного значения сигналов и выход второго блока выделения минимального мгновенного значения сигналов соединены также соответственно с первым и вторым входами двухвходового сумматора, выход которого через инвертор соединен с входом формирователя управляющего сигнала, выход которого через третий селектор положительной полярности напряжения соединен с управляющим входом первого ключевого элемента, а через третий селектор отрицательной полярности напряжения - с управляющим входом второго ключевого элемента.

Целесообразно, чтобы каждый блок выделения максимального мгновенного значения сигналов был выполнен в виде трех блоков вычитания. Первые входы первого и второго блоков вычитания являются соответственно первым и вторым входами блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, вторые входы блоков вычитания подключены к источнику опорного напряжения, а выходы первого и второго блоков вычитания подключены соответственно к первому и второму входам блока сравнения, один из входов которого соединен также с первым входом третьего блока вычитания, выход которого является выходом блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, прямой выход блока сравнения через первый усилитель соединен с управляющим входом первого управляемого нагрузочного сопротивления, включенного параллельно первому входу блока сравнения, инверсный выход которого через второй усилитель соединен с управляющим входом второго управляемого нагрузочного сопротивления, включенного параллельно второму входу блока сравнения, а характеристика управляемых нагрузочных сопротивлений имеет вид R = R₀, при U_упр ≅ 0 R = R₀(1 - SU_упр), при U_упр > 0, где S - параметр характеристики, B^-1,
U_упр - управляющее напряжение, B.

Каждый блок выделения минимального мгновенного значения сигналов выполнен в виде двух управляемых нагрузочных сопротивлений, включенных параллельно соответственно первому и второму входам блока сравнения, которые являются входами блока выделения минимального мгновенного значения сигналов, а один из входов блока сравнения является также и выходом блока выделения минимального мгновенного значения сигналов, прямой выход блока сравнения через первый усилитель соединен с управляющим входом первого управляемого нагрузочного сопротивления, а инверсный выход через второй усилитель соединен с управляющим входом второго управляемого нагрузочного сопротивления, при этом характеристика управляемых нагрузочных сопротивлений имеет вид
R = R₀, при U_упр ≅ 0
R = R₀(1 - SU_упр), при U_упр > 0,
где
S - параметр характеристики, B^-1,
U_упр - управляющее напряжение, B.

Такое выполнение многоканального устройства для снижения уровня шумов обеспечивает существенное повышение отношения сигнал/шум за счет такой параллельно-последовательной обработки входных сигналов, представляющих собой смесь полезного сигнала и шума, при которой параметры полезного сигнала не меняются, а мгновенное значение шума на выходе устройства равно либо мгновенному значению того входного шумового сигнала, мгновенное значение которого по модулю минимально, либо мгновенному значению полусуммы той пары входных шумовых сигналов, мгновенное значение которой минимально. Иными словами, на выходе устройства имеет место шумовой сигнал, уровень которого существенно ниже уровня любого из входных шумовых сигналов.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним.

На фиг. 1 изображена блок-схема предложенного устройства; на фиг. 2 - блок-схема первого преобразователя; на фиг. 3 - блок-схема двухвходового дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения сигналов; на фиг. 4 - блок-схема блока выделения максимального мгновенного значения сигналов; на фиг. 5 - блок-схема выделения минимального мгновенного значения сигналов; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу двухвходового дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения сигналов.

Многоканальное устройство для снижения уровня шумов содержит (фиг. 1) блок 1, включающий 0,5M(M-1) двухвходовых полусумматоров 2, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока 1, первый преобразователь 3, M-входы которого являются входами многоканального устройства, второй преобразователь 4, 0,5M(M-1) входы которого подключены к соответствующим выходам блока 1. Каждый из M-входом устройства подключен к соответствующему входу M-1 полусумматоров 2. Следовательно, на выходе блока 1 формируются сигналы, соответствующие полусумме всех возможных пар входных сигналов, иными словами, имеет место сочетание из M входных сигналов по два (С_м²= 0,5M(M-1)). Выходы преобразователей 3 и 4 подключены к соответствующим входам выходного блока 5, выход которого является выходом устройства.

Преобразователь 3 содержит N₁ последовательно соединенных каскадов (фиг. 2), удовлетворяющему неравенству (N₁ - 1) < log₂M ≅ N₁, по K двухвходовых дискриминаторов 6 минимального по модулю мгновенного значения сигналов в каждом каскаде, при этом число дискриминаторов 6 в первом каскаде определяется следующей зависимостью

Входы двухвходовых дискриминаторов 6 первого каскада являются входами преобразователя 3. Выходы двухвходовых дискриминаторов 6 первого каскада соединены с соответствующими входами двухвходовых дискриминаторов 6 второго каскада. Выходы двухвходовых дискриминаторов второго каскада соединены с соответствующими входами двухвходовых дискриминаторов 6 третьего каскада и так далее. Выход двухвходового дискриминатора 6 N-ого каскада является выходом преобразователя 3.

Число двухвходовых дискриминаторов 6 в i-ом каскаде, где i = 2, ..., N₁ - 2, определяется из зависимости

Число двухвходовых дискриминаторов 6 в N₁-1 каскаде равно двум, а в N₁ каскаде - одному.

Здесь следует отметить, что в случае, когда число выходов дискриминаторов 6 i-го каскада меньше на единицу числа входов двухвходовых дискриминаторов 6 i + 1 каскада, то выход одного из двухвходовых дискриминаторов 6 i-го каскада подключается ко входам двух дискриминаторов 6 i+1 каскада (фиг. 2). Аналогично осуществляется соединение входов двухвходовых дискриминаторов 6 первого каскада с входами устройства, когда M - нечетная величина.

Второй преобразователь 4 имеет структурную схему, аналогичную изображенной на фиг. 2. При этом число каскадов удовлетворяет неравенству
(N₂-1) < log₂ 0,5M(M-1) ≅ N₂.

Из этого неравенства следует, что при 0,5M(M-1) = 3, 4 - N₂ = 2; при 5 ≅ 0,5M(M-1) ≅ 8, N₂ = 3; при 9 ≅ 0,5M(M-1) ≅ 16, N₂ = 4 и так далее. Число дискриминаторов 6 в первом каскаде преобразователя 4 определяется следующей зависимостью

Число двухвходовых дискриминаторов 6 в остальных каскадах второго преобразователя 4 определяется по тем же зависимостям, что и для первого преобразователя 3.

Выходной блок 5 многоканального устройства выполнен в виде двухвходового дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения сигнала, имеющего конструкцию, аналогичную конструкции двухвходовых дискриминаторов 6, используемых в преобразователях 3 и 4.

Двухвходовые дискриминаторы 6 минимального по модулю мгновенного значения сигналов (фиг. 3) содержат на первом входе объединенные по входам первый селектор 7 положительной полярности напряжений и первый селектор 8 отрицательной полярности напряжения, а на втором входе объединенные по входам второй селектор 9 положительной полярности напряжения и второй селектор 10 отрицательной полярности напряжения. Выход селектора 7 соединен с первыми входами первого блока 11 выделения минимального мгновенного значения сигналов и первого блока 12 выделения максимального мгновенного значения сигналов. Выход селектора 8 соединен с первыми входами второго блока 13 выделения минимального мгновенного значения сигналов и второго блока 14 выделения максимального мгновенного значения сигналов. Выход селектора 9 соединен со вторыми входами блоков 11 и 12, а выход селектора 10 - со вторыми входами блоков 13 и 14. Выход блока 11 соединен с первым входом четырехвходового сумматора 15, выход которого является выходом дискриминатора 6. Выход блока 12 соединен со вторым входом сумматора 15 через первый ключевой элемент 16, выход блока 13 соединен с третьим входом сумматора 15 через второй ключевой элемент 17, а выход блока 14 соединен с четвертым входом сумматора 15. Выходы блоков 12 и 13 соединены также с соответствующими входами двухвходового сумматора 18, выход которого через инвертор 19 подключен ко входу формирователя 20 управляющего сигнала. Выход формирователя 20 соединен через третий селектор 21 положительной полярности напряжения с управляющим входом ключевого элемента 16, а через третий селектор 22 отрицательной полярности напряжения - с инверсным управляющим входом ключевого элемента 17.

В качестве селекторов 7, 8, 9, 10, 21 и 22 могут быть использованы вентильные элементы с нижней границей рабочего диапазона не хуже 100 мкВ. В частности, в качестве селекторов 7, 9 и 21 могут быть использованы блоки выделения максимального мгновенного значения сигналов, аналогичные по конструкции с блоками 12 и 14. Аналогично в качестве селекторов 8, 10 и 22 могут быть использованы блоки выделения минимального мгновенного значения сигналов, аналогичные по конструкции с блоками 11 и 13. В этом случае вторые входы блоков максимального и минимального мгновенного значения сигналов должны быть соединены с шиной нулевого потенциала. В качестве ключевых элементов 16 и 17 также могут быть использованы соответственно блок выделения минимального и блок выделения максимального мгновенного значения сигналов.

В качестве формирователя 20 может быть использован усилитель с большим коэффициентом усиления и амплитудный ограничитель.

Блоки 12 (14) выделения максимального мгновенного значения сигналов (фиг. 4) содержат первый 23 и второй 24 блоки вычитания, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входом блока 12 (14), источник 25 опорного напряжения, выход которого соединен со вторыми входами первого 23, второго 24 и третьего 26 блока вычитания. Токовый выход 27 первого блока 23 вычитания соединен с первым входом блока 28 сравнения, параллельно которому включено первое управляемое нагрузочное сопротивление 29. Токовый выход 30 второго блока 24 вычитания соединен с первым входом блока 26 и вторым входом блока 28, параллельно которому включено второе управляемое нагрузочное сопротивление 31. Прямой выход 32 блока 28 через первый усилитель 33 соединен с управляющим входом 34 сопротивления 29, а инверсный выход 35 блока 28 через второй усилитель 36 соединен с управляющим входом 37 сопротивления 31. Выход блока 26 является выходом блока 12 (14).

Управляемые нагрузочные сопротивления 29 и 31 могут быть выполнены в виде резистора с сопротивлением, равным R₀, параллельно которому своими эмиттерным и коллекторным выводами подключен транзистор. База транзистора соединена с коллектором через дополнительный резистор и является управляющим входом нагрузочного сопротивления. В качестве нагрузочных сопротивлений 29 и 31 могут быть использованы и другие схемы, характеристика которых имеет вид:
R = R₀, при U_упр ≅ 0
R = R₀(1 - SU_упр), при U_упр > 0,
где
S - параметр характеристики, B^-1
U_упр - управляющее напряжение, B.

В качестве блока 28 может быть использован дифференциальный усилитель.

Блоки 11 (13) выделения минимального мгновенного значения сигналов (фиг. 5) содержат на входах первый 38 и второй 39 преобразователи напряжение - ток. Выход преобразователя 38 соединен с первым входом блока 40 сравнения, параллельно которому включено первое нагрузочное сопротивление 41. Выход преобразователя 39 соединен со вторым входом блока 40, параллельно которому включено второе нагрузочное сопротивление 42. Прямой выход 43 блока 40 через усилитель 44 соединен с управляющим входом 45 сопротивления 41. Инверсный выход 46 блока 40 через усилитель 47 соединен с управляющим входом 48 сопротивления 42. Выход преобразователя 39 соединен также с входом выходного (согласующего) блока 49, выход которого является выходом блока 11 (13). В качестве нагрузочных сопротивлений 41 и 42 могут быть использованы схемы, характеристика которых имеет вид (1).

На фиг. 6 изображены временные зависимости входных шумовых сигналов на входах дискриминатора 6 и временные зависимости шумовых напряжений, U₁₁ - на выходе блока 11, U₁₂ - на выход блока 12, U₁₃ - на выходе блока 13, U₁₄ - на выходе блока 14, U₁₅ - на выходе сумматора 15, U₁₈ - на выходе сумматора 18, U₂₀ - на выходе формирователя 20, U₁₆ - на выходе ключа 16, U₁₇ - на выходе ключа 17.

Многоканальное устройство для снижения уровня шумов работает следующим образом.

На входы M-каналов поступают сигналы, представляющие собой алгебраическую сумму полезного сигнала и напряжения шума, при этом напряжения полезного сигнала должны быть синфазны. В первом преобразователе 3 осуществляется параллельно-последовательная попарная обработка M входных сигналов с помощью двухвходовых дискриминаторов 6 минимального по модулю мгновенного значения сигналов, принцип действия которых сводится к следующему. С помощью селекторов 7 и 8 осуществляется выделение соответственно положительной и отрицательной компонент сложного сигнала, поступающего на первый вход дискриминатора 6, а с помощью селекторов 9 и 10 - выделение соответственно положительной и отрицательной компонент сложного сигнала, поступающего на второй вход дискриминатора 6. С выходов селекторов 7 и 9 компоненты входных сигналов, имеющие положительную полярность, поступают на входы блока 11 выделения минимального мгновенного значения сигнала и блок 12 выделения максимального мгновенного значения сигнала. Аналогично с выходов селекторов 8 и 10 компоненты входных сигналов, имеющие отрицательную полярность, поступают на соответствующие входы блока 13 выделения минимального мгновенного значения сигнала и блока 14 выделения максимального мгновенного значения сигналов. Учитывая свойство аддитивности полезного сигнала и шума, а также то обстоятельство, что полезные сигналы синфазны, на выходе блоков 11 и 14 будет иметь место смесь соответственно положительной и отрицательной компонент полезного сигнала и соответственно шумового сигнала U₁₁, U₁₄ временные диаграммы которых приведены на фиг. 6. Шумовой сигнал на выходе блока 11, а следовательно, и на первом входе сумматора 15, отличен от нуля только в те интервалы времени, когда оба входных шумовых сигнала имеют положительную полярность. Аналогично шумовой сигнал на выходе блока 14, а следовательно на четвертом входе сумматора 15, отличен от нуля только в те интервалы времени, когда оба входных шумовых сигнала имеют отрицательную полярность. Иными словами, в интервалах, когда полярность обоих входных шумовых сигналов положительна, на выходе блока 11 формируется смесь положительной компоненты полезного сигнала и шумового сигнала, имеющего минимальное по модулю мгновенное значение напряжений сравниваемых входных шумовых сигналов. Аналогично в интервалах, когда полярности обоих входных шумовых сигналов отрицательны, на выходе блока 14 формируется смесь отрицательной компоненты полезного сигнала и шумового сигнала, имеющего минимальное по модулю мгновенное значение напряжения сравниваемых входных шумовых сигналов.

На выходах блоков 12 и 13 выходной шумовой сигнал (U₁₂ и U₁₃) отличен от нуля, когда, по крайней мере, один из входных шумовых сигналов имеет соответственно положительную или отрицательную полярность (фиг. 6). Эти сигналы поступают на входы сумматора 18, с выхода которого через инвертор 19 и формирователь 20 сигнал поступает на входы селекторов 21 и 22. Таким образом, на управляющий вход первого ключевого элемента 16, в качестве которого в предпочтительном варианте выполнения устройства используется блок выделения минимального мгновенного значения сигналов, подается управляющий сигнал большой амплитуды и положительной полярности в те интервалы времени, когда суммарный шумовой сигнал U₁₈ имеет отрицательную полярность. И наоборот, когда суммарный сигнал имеет положительную полярность, отрицательный управляющий сигнал подается на управляющий вход ключевого элемента 17, в качестве которого используется блок выделения максимального мгновенного значения сигналов. Срабатывание ключевых элементов 16 и 17 происходит в чередующейся последовательности и в моменты времени, соответствующие нулевому значению суммарного сигнала U₁₈, при этом на второй или третий входы сумматора 15 поступает шумовой сигнал, соответствующий минимальному по модулю мгновенному значению разнополярных сигналов.

Таким образом, на выходе первого преобразователя 3 имеет место смесь полезного сигнала и шумового сигнала, имеющего минимальное по модулю мгновенное значение для всех сравниваемых между собой шумовых сигналов.

Одновременно с каждого из M-входов устройства входная смесь сигналов поступает на вход M-1 полусумматоров 2. Иными словами, формируется M(M-1) 0,5(число сочетаний из M по 2) сигналов вида где ζ и η целые числа от 1 до M, при ζ ≠ η. С помощью преобразователя 4 осуществляется параллельно-последовательная попарная обработка 0,5M(M-1) сигналов и в результате на его выходе имеет место сигнал в виде суперпозиции полезного сигнала и шумового сигнала, имеющего минимальное по модулю мгновенное значение полусуммы входных шумовых сигналов. В моменты времени, когда два входных шумовых сигнала имеют разную полярность и приблизительно одинаковое мгновенное значение, их полусумма может оказаться меньше любого из M мгновенных значений входных шумовых сигналов. Таким образом, в эти моменты времени шумовой сигнал на выходе преобразователя 4 будет меньше шумового сигнала на выходе преобразователя 3.

В результате на выходе блока 5 шумовой сигнал будет соответствовать выходному шумовому сигналу блока 4, что приведет к еще большему снижению уровня шумов на выходе предложенного устройства.

В заключение рассмотрим работу блока 12 (14) выделения максимального мгновенного значения сигналов и блока 11 (13) выделения минимального мгновенного значения сигналов.

Аддитивные смеси напряжения полезного сигнала и напряжения шумов подаются на вход 1 и вход 2 блока 12 (14) (фиг. 4). На вторые входы блоков 23 и 24 вычитания подается опорное напряжение от источника 25, величина которого должна превышать максимальное значение входных сигналов. Разностные сигналы с токовых выходов 27 и 30 соответственно блоков 23 и 24 подаются соответственно на первый и второй входы блока 28 сравнения, при этом величина входных напряжений блока 28 зависит как от величины разностного токового сигнала, так и от величины соответствующего управляемого сопротивления 29 или 31, включенных параллельно входам блока 12. Если входные сигналы равны, то равны между собой и токовые разностные сигналы на выходах 27 и 30. При равенстве токовых разностных сигналов падение напряжения на нагрузочных сопротивлениях 29 и 31 также будут равны между собой, а следовательно, на прямом 32 и инверсном 35 выходах блока 28 сигналы будут равны нулю. На первый вход блока 26 вычитания будет подан сигнал, равный разностному сигналу между опорным и входным напряжением, а на второй вход блока 26 - опорное напряжение. Таким образом, на выходе блока 26, который является выходом блока 12 (14), будет сигнал, равный входному сигналу. Иными словами, при синфазных сигналах одинаковой формы и амплитуды на выходе блока 12 имеет место входной сигнал без искажений. Рассмотрим случай, когда входные сигналы не равны между собой. Пусть для определенности входной сигнал, поданный на первый вход, больше входного сигнала, поданного на второй вход. Тогда токовый разностный сигнал на выходе 27 будет меньше токового разностного сигнала на выходе 30, а следовательно, и падение напряжения на нагрузочном сопротивлении 29 будет меньше падения напряжения на нагрузочном сопротивлении 31. В результате на прямом выходе блока 28 будет сигнал отрицательной полярности, а на его инверсном выходе - положительный. Усиленные соответственно усилителями 33 и 36 эти сигналы подаются на управляющие входы 34 и 37. Воздействие отрицательных управляющих напряжений не приведет к изменению величины нагрузочного сопротивления 29. Управляющее напряжение положительной полярности приведет к уменьшению величины нагрузочного сопротивления 31, а следовательно, к уменьшению величины входного сигнала на втором входе блока 28.

Величина нагрузочного сопротивления 31 будет уменьшаться до величины, при котором падение напряжения на нем не будет равно падению напряжения на нагрузочном сопротивлении 29. Следовательно, сигнал, подаваемый на первый вход блока 26, будет соответствовать минимальному значению токового разностного сигнала. Иными словами, на выходе блока 26 сигнал будет равен максимальному входному сигналу.

Если на входы блока 12 (14) подаются шумовые сигналы, то на его выходе будет иметь место также шумовой сигнал, мгновенное значение напряжения которого будет соответствовать мгновенному значению напряжения того входного шумового сигнала, который имеет в данный момент времени наибольшее значение амплитуды.

Принцип действия блока 11 (13) выделения минимального мгновенного значения сигналов имеет мало отличий от принципа действия блока 12. Действительно, аддитивные смеси напряжения полезного сигнала и напряжений шума подаются на входы блока 11. С помощью преобразователей 38 и 39 осуществляется преобразование входных напряжений в токовые сигналы. Далее работа схемы не имеет отличий от вышеописанной, при этом нужно иметь только в виду, что блок 49 выполняет только функцию согласующего элемента. Таким образом, при подаче на вход 1 и вход 2 аддитивной смеси напряжений полезного сигнала и напряжений шума на выходе блока 11 (13) будет аддитивная смесь полезного сигнала той же величины, что и на входах, и напряжения шума, мгновенное значение которого будет соответствовать мгновенному значению напряжения того входного шумового сигнала, который имеет в данный момент времени наименьшее значение.

Использование изобретения позволит существенно повысить отношение сигнал/шум в многоканальных приемных устройствах.

Формула изобретения

1. Многоканальное устройство для снижения уровня шумов, содержащее соединенный с его М входами блок сумматора, входы и выходы которых являются соответственно входами и выходами блока, и выходной блок, выход которого является выходом устройства, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит первый преобразователь с М входами и одним выходом и второй преобразователь с 0,5 М (М - 1) входами и одним выходом, блок сумматоров выполнен в виде 0,5 М (М - 1) двухвходовых полусумматоров, причем каждый вход устройства соединен с соответствующим входом М - 1 полусумматоров и соответствующим входом первого преобразователя, выходы блока сумматоров соединены с соответствующими входами второго преобразователя, выход которого, а также выход первого преобразователя соединены с соответствующими входами выходного блока, который выполнен в виде двухвходового дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения входных сигналов, а каждый преобразователь выполнен в виде последовательно соединенных соответственно N₁ и N₂ каскадов, удовлетворяющих неравенствам N₁ - 1 < log₂ M ≅ N₂ и N₂ - 1 < log₂ 0,5 M (M - 1) ≅ N₂, по К двухвходовых дискриминатора минимального по модулю мгновенного значения в каждом каскаде, входы дискриминаторов первого каскада являются входами соответствующего преобразователя, каждый вход дискриминатора i-го каскада, где i = 2, 3, ..., N - 2, соединен с выходом соответствующего дискриминатора i - 1 каскада, а выход дискриминатора j-го каскада, где j = 1, 2, 3, . . ., N - 2, соединен с входами не более чем двух дискриминаторов j + 1 каскада, выходы дискриминаторов N - 1- каскада соединены с входами дискриминатора N-го каскада, выход которого является выходом соответствующего преобразователя, при этом число K двухвходовых дискриминаторов минимального по модулю мгновенного значения сигналов в каждом каскаде удовлетворяет следующим соотношениям


K_N-1 = 2, K_N = 1,
где n_вх = M для первого преобразователя и n_вх = 0,5 M (M - 1) для второго преобразователя, а N = N₁ или N = N₂.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двухвходовый дискриминатор минимального по модулю мгновенного значения сигналов содержит на первом входе объединенные по входам первый селектор положительной полярности напряжения и первый селектор отрицательной полярности напряжения, на втором входе объединенные по входам второй селектор положительной полярности напряжения и второй селектор отрицательной полярности напряжения, а на выходе четырехвходовый сумматор, выходы первого и второго селекторов положительной полярности напряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами первого блока выделения минимального мгновенного значения сигналов и первого блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, выходы первого и второго селекторов отрицательной полярности напряжений соединены соответственно с первыми и вторыми входами второго блока выделения минимального мгновенного значения сигналов и второго блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, выход первого блока выделения минимального мгновенного значения сигналов и выход второго блока выделения максимального мгновенного значения сигналов соединены с соответствующими входами четырехвходового сумматора непосредственно, а выход второго блока выделения максимального мгновенного значения сигналов и выход второго блока выделения минимального мгновенного значения сигнала соединены с соответствующими входами четырехвходового сумматора через соответственно первый и второй ключевые элементы, выходы первого блока выделения максимального мгновенного значения сигналов и выход второго блока выделения минимального мгновенного значения сигналов соединены также соответственно с первым и вторым входами двухвходового сумматора, выход которого через инвертор соединен с входом формирователя управляющего сигнала, выход которого через третий селектор положительной полярности напряжения соединен с управляющим входом первого ключевого элемента, а через третий селектор отрицательной полярности напряжения, - с управляющим входом второго ключевого элемента.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый блок выделения максимального мгновенного значения сигналов выполнен в виде трех блоков вычитания, первые входы первого и второго блоков вычитания являются соответственно первым и вторым входами блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, вторые входы блоков вычитания подключены к источнику опорного напряжения, а выходы первого и второго блоков вычитания подключены соответственно к первому и второму входам блока сравнения, один из входов которого соединен также с первым входом третьего блока вычитания, выход которого является выходом блока выделения максимального мгновенного значения сигналов, прямой выход блока сравнения через первый усилитель соединен с управляющим входом первого управляемого нагрузочного сопротивления, включенного параллельно первому входу блока сравнения, инверсный выход которого через второй усилитель соединен с управляющим входом второго управляемого нагрузочного сопротивления, включенного параллельно второму входу блока сравнения, а характеристика управляемых нагрузочных сопротивлений имеет вид
R = R₀, при U_упр ≅ 0
R = R₀ (1 - SU_упр), при U_упр > 0,
где S - параметр характеристики, B^-1,
U_упр - управляющее напряжение, B.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что каждый блок выделения минимального мгновенного значения сигналов выполнен в виде двух управляемых нагрузочных сопротивлений, включенных параллельно соответственно первому и второму входам блока сравнения, которые являются входами блока выделения минимального мгновенного значения сигналов,а один из входов блока сравнения является также и выходом блока выделения минимального мгновенного значения сигналов, прямой выход блока сравнения через первый усилитель соединен с управляющим входом первого управляемого нагрузочного сопротивления, а инверсный выход через второй усилитель соединен с управляющим входом второго управляемого нагрузочного сопротивления, при этом характеристика управляемых нагрузочных сопротивлений имеет вид
R = R₀, при U_упр ≅ 0
R = R₀ (1 - SU_упр), при U_упр > 0,
где S - параметр характеристики, B^-1,
U_упр - управляющее напряжение, B.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6