Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений



Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений
Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений

 


Владельцы патента RU 2423780:

Паргачёв Андрей Витальевич (RU)

Изобретение относится к технике связи и может применяться для подавления помех и усиления сигнала в радиотехнических цепях. Достигаемый технический результат - многократное увеличение пропускной способности частотно-избирательной цепи. Способ заключается в том, что предварительно отфильтрованный сигнал направляют на вход многоотводной линии задержки, которая обладает свойством дисперсии для длин волн рабочего диапазона. Измеряют напряжение волнового пакета на первом отводе многоотводной линии задержки. Следующее измерение напряжения того же самого волнового пакета производят через такое время, которое требуется несущей частоте сигнала на преодоление расстояния от предыдущего до очередного отвода многоотводной линии задержки. Все значения замеров напряжений для одного и того же волнового пакета, прошедшего через многоотводную линию задержки, направляют в сумматор, где, складываясь, они образуют отсчет выходного сигнала. На фиг.9 показаны функциональные элементы способа частотно-избирательной фильтрации сигнала, он же полосовой фильтр Паргачева (ПФП), где 1 - многоотводная линия задержки; 2 - измерительные органы; 3 - ячейки памяти; 4 - сумматор. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Изобретение относится к технике связи и может применяться для подавления помех и усиления сигнала в радиотехнических цепях.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому способу является способ выполнения частотно-избирательной цепи согласованным фильтром для пачки одинаковых импульсов. [1]

Известный способ выполнения частотно-избирательной цепи согласованным фильтром для пачки одинаковых импульсов предполагает выполнение операций обработки сложного сигнала сначала в согласованном фильтре для одиночного импульса, далее сигнал направляется на многоотводную линию задержки, обеспечивающую запаздывание сигналов на отрезки времени Т, 2Т, …, (N-1)T. Сигналы со всех отводов линии задержки поступают в сумматор. Максимальный отклик на выходе сумматора наблюдается тогда, когда полезные сигналы от всех импульсов пачки одновременно присутствуют на всех его входах. Селективность такого фильтра тем выше, чем больше отводов у линии задержки и чем длиннее согласованная пачка импульсов сигнала.

Однако недостатком известного способа, предполагающего применение сложных сигналов вида пачек импульсов, является снижение темпа выдачи данных по сравнению с использованием одиночных импульсов и отсутствие возможности увеличения пропускной способности частотно-избирательной цепи без уменьшения ее селективности.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в многократном увеличении пропускной способности частотно-избирательной цепи и получении возможности менять селективность данной цепи, не оказывая при этом влияния на ее пропускную способность. Предлагаемый способ частотно-избирательной фильтрации сигнала универсален и способен выделить из помех сигнал любого вида: детерминированный или имеющий случайный характер, широкополосный или узкополосный, модулированный по одному или нескольким параметрам несущей частоты. Наибольший положительный технический эффект в результате применения предлагаемого способа достигается при фильтрации узкополосных и одновременно высокоинформативных сигналов, которые создаются с использованием способа формирования модулированного радиосигнала, не содержащего боковых спектров и гармоник [2] или подобных последнему.

Далее под частотами рабочего диапазона будет пониматься любое количество частот независимых каналов связи и частот помех, величины которых принадлежат рабочему диапазону (выделенной полосе частот).

Под волновым пакетом далее будет пониматься произвольный набор частот, состоящий из частот помех и сигнала, принадлежащих рабочему диапазону и движущихся в одном направлении по линии задержки, волноводу или экранированной от посторонних сигналов и помех проводной линии связи. Причем частоты соседних независимых каналов связи, входящие в волновой пакет, для сигнала являются помехами.

Под пространственно-временным алгоритмом проведения измерений необходимо понимать метод проведения измерений, который предусматривает неоднократные измерения любой энергетической величины одного и того же волнового пакета в разных точках пространства (например, на отводах многоотводной линии задержки) по мере продвижения волнового пакета в этом пространстве в течение времени. Измерения волнового пакета в каждой очередной точке пространства производят через такое время, которое требуется несущей частоте сигнала на преодоление расстояния от предыдущей до очередной точки пространства. При этом измерения волнового пакета производят через соизмеримые между собой произвольные промежутки времени. Периодичность измерений волнового пакета произвольна, но не должна превышать продолжительности одного периода наименьшей несущей частоты сигнала, которая является составной частью волнового пакета.

Под измерительным органом далее следует понимать техническое устройство для измерения энергетической величины (среднеквадратического, мгновенного, действующего или амплитудного значения напряжения, тока или мощности) волнового пакета.

Техническая задача изобретения достигается тем, что для получения свойства частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона и суммированием результатов выполненных измерений, предварительно из исходного произвольного спектра волн фильтром низкой частоты (ФНЧ) подавляют высокочастотные помехи за пределами самой высокой частоты рабочего диапазона. Фильтром высокой частоты (ФВЧ) подавляют низкочастотные помехи за пределами самой низкой частоты рабочего диапазона и убирают постоянный уровень напряжения.

Далее частоты рабочего диапазона (волновой пакет) направляют на вход многоотводной линии задержки, которая обладает свойством дисперсии для длин волн рабочего диапазона. Измеряют напряжение волнового пакета на первом отводе многоотводной линии задержки. Дополнительно измеряют напряжение того же самого волнового пакета на следующем отводе многоотводной линии задержки через такое время от предыдущего измерения, которое требуется несущей частоте сигнала на преодоление расстояния между первым и вторым отводами многоотводной линии задержки. Повторяют измерение напряжения того же самого волнового пакета на следующих отводах многоотводной линии задержки по ходу движения волн. Каждое следующее измерение напряжения волнового пакета на очередном отводе многоотводной линии задержки производят через такое время, которое требуется несущей частоте сигнала на преодоление расстояния от предыдущего до очередного отвода многоотводной линии задержки. Причем измерения на многоотводной линии задержки для волнового пакета производят через соизмеримые между собой произвольные промежутки времени, но не реже чем продолжительность одного периода частоты биений в диспергирующей среде многоотводной линии задержки между центральной частотой и частотой среза формируемой полосы пропускания. Все значения замеров напряжений, выполненные на отводах многоотводной линии задержки для одного и того же волнового пакета, прошедшего через многоотводную линию задержки, направляют в сумматор, где, складываясь, они образуют отсчет выходного сигнала.

Данный отсчет представляет собой усиленную величину сигнала, входящего в состав волнового пакета, поступившего на первый отвод многоотводной линии задержки во время первого измерения и ослабленные величины помех, несущие частоты которых оказались за пределами сформированной полосы пропускания частотно-избирательной цепи, полученной в результате обработки волнового пакета предлагаемым способом.

Технический результат согласно изобретению достигается, во-первых, за счет того, что частотно-избирательный фильтр, получаемый при использовании пространственно-временного алгоритма проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона и суммированием результатов выполненных измерений, он же полосовой фильтр Паргачева (ПФП), не содержит резонансных цепей, не применяет математическую обработку сигналов в виде преобразований Фурье, не использует метод рекурсивной цифровой фильтрации на основе трансверсальных фильтров, которые (два последних) полностью моделируют аналоговую колебательную систему.

Во-вторых, заявленный технический результат достигается за счет того, что работа ПФП основана на свойстве естественного изменения амплитуды волнового пакета со временем при его распространении в диспергирующей среде [3] и применения пространственно-временного алгоритма проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона и суммированием результатов выполненных измерений для получения эффекта частотно-избирательной фильтрации сигнала.

Формирование полосы пропускания по предлагаемому способу частотно-избирательной фильтрации сигнала выполняется в два этапа.

Во-первых, диапазонным фильтром (например, последовательное соединение ФНЧ и ФВЧ) из исходного спектра волн подавляют помехи, значения частот которых лежат за пределами рабочего диапазона волн. Причем диапазонный фильтр схемотехнически должен быть выполнен таким образом, чтобы исключить образование резонансных структур как в отдельности в ФНЧ и ФВЧ, так и при последовательном их соединении. Что, в свою очередь, может быть достигнуто применением пассивных (неактивных, не имеющих обратных частотно-зависимых связей) ФНЧ и ФВЧ первого порядка и, при необходимости, установкой развязывающих элементов между фильтрами [1] С.343, 344.

Применение предварительного диапазонного фильтра обязательно, если исходный спектр волн содержит (или может содержать) частоты помех, соизмеримые по значению с высшими гармониками несущей частоты сигнала, или постоянную составляющую напряжения (тока). Если имеется гарантия того, что исходный спектр волн не содержит частоты помех, соизмеримые по значению с высшими гармониками сигнала или постоянной составляющей, то применение предварительного диапазонного фильтра в таком случае необязательно.

Во-вторых, окончательная и основная фильтрация сигнала от помех происходит за счет неоднократных повторных измерений напряжения (тока, мощности) одного и того же волнового пакета в разных точках пространства и времени на многоотводной линии задержки, обладающей свойством дисперсии для волн рабочего диапазона, и суммированием результатов измерений.

Многоотводная линия задержки, используемая в данном изобретении, обязательно должна обладать свойством дисперсии для волн рабочего диапазона. Если многоотводная линия задержки не будет обладать свойством дисперсии для проходящих по ней волн, то получить эффект частотно-избирательной фильтрации сигнала по предлагаемому способу будет невозможно.

Волны разных частот в диспергирующей среде имеют различную фазовую скорость, другими словами, распространяются с разными скоростями. Частоты волнового пакета, имея разные скорости распространения в диспергирующей среде, с течением времени смещаются относительно друг друга. Если наблюдать частоты помех в диспергирующей среде относительно частоты сигнала, то в общем случае со временем одна их часть будет отставать, другая их часть будет опережать сигнал. Между волнами разных частот, движущихся в диспергирующей среде в одном направлении, возникает эффект биения частот - периодические изменения амплитуды волнового пакета [3].

В процессе работы ПФП происходит следующее.

При выполнении пространственно-временного алгоритма измерений, составляющая (доля) сигнала в каждом измерении напряжения (тока, мощности) волнового пакета представляет собой практически одно и то же значение, одного и того же знака, только полученное в разных точках пространства и времени на многоотводной линии задержки. Чем больше выполняется измерений на отводах многоотводной линии задержки, тем больше составляющая сигнала на выходе фильтра при итоговом суммировании. В то же время, составляющая любой помехи, частота которой отличается от частоты сигнала, из-за биений относительно несущей частоты сигнала со временем при измерениях принимает то положительные, то отрицательные значения, что при итоговом суммировании приводит к самоподавлению ее уровня. Чем больше по времени и количеству выполняется измерений на многоотводной линии задержки для образования отсчета выходного сигнала и чем больше выражено свойство дисперсии у многоотводной линии задержки, тем сильнее эффект ослабления помех. В результате, предлагаемый частотно-избирательный фильтр подавляет помехи и одновременно усиливает сигнал.

Чтобы добиться максимального подавляющего эффекта для частот помех по предлагаемому способу, необходимо стремиться выполнить условие постоянства уровня напряжения (тока, мощности) каждой из них на всем протяжении многоотводной линии задержки. Это обеспечит практическое равенство противоположных по знаку замеров для составляющих помех в течение времени измерений на многоотводной линии задержки, что при итоговом суммировании будет приводить к лучшему их самоподавлению. В связи с этим потери мощности волн разных частот, возникающие при их прохождении по многоотводной линии задержки, при необходимости, должны компенсироваться периодическим усилением с помощью широкополосных линейных усилителей, а отклонения уровней напряжений (токов, мощностей) волн при измерениях на отводах многоотводной линии задержки должны надлежащим образом учитываться подобранными поправочными коэффициентами.

С другой стороны, для поддержания уровня напряжений (токов, мощностей) частот волнового пакета на приемлемом уровне, в течение всего времени измерений по пространственно-временному алгоритму, целесообразно использование многоотводной линии задержки, обладающей малыми потерями для проходящих волн, и применение чувствительных измерительных органов, не требующих значительного отбора мощности от волнового пакета, который необходим для измерительных целей.

На фиг.1 показана амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) ПФП с периодичностью выполнения измерений (шагом дискретизации) 1 мкс. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 10 мс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.2 показана АЧХ ПФП с шагом дискретизации 0,5 мкс. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 10 мс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.3 показана АЧХ ПФП с центральной частотой 1МГц. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 10 мс. Шаг дискретизации равен 1 мкс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты в областях задержания предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.4 показана АЧХ ПФП с центральной частотой 1 МГц с увеличением масштаба в районе полосы пропускания. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 10 мс. Шаг дискретизации равен 1 мкс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты в областях задержания предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.5 показана АЧХ ПФП с центральной частотой 1МГц с увеличением масштаба в районе полосы пропускания. Пунктирными линиями обозначена полоса пропускания ПФП. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 10 мс. Шаг дискретизации равен 1 мкс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты в областях задержания предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.6 показана АЧХ ПФП с центральной частотой 1 МГц. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 100 мс. Шаг дискретизаций равен 1 мкс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты в областях задержания предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.7 показана АЧХ ПФП с центральной частотой 1 МГц с увеличением масштаба в районе полосы пропускания. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 100 мс. Шаг дискретизации равен 1 мкс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты в областях задержания предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.8 показана АЧХ ПФП с центральной частотой 1 МГц с увеличением масштаба в районе полосы пропускания. Пунктирными линиями обозначена полоса пропускания ПФП. Общее время измерений на многоотводной линии задержки равно 100 мс. Шаг дискретизации равен 1 мкс. Отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии для материала проводящей среды многоотводной линии задержки равно отношению их частот. Подавляющее действие на частоты в областях задержания предварительными ФВЧ и ФНЧ не учтено.

На фиг.9 показаны все обязательные элементы предлагаемого способа частотно-избирательной фильтрации сигнала и функциональные связи между этими элементами, где:

1 - многоотводная линия задержки, обладающая свойством дисперсии;

2 - измерительные органы;

3 - ячейки памяти, в которых временно сохраняются значения выполненных замеров;

4 - сумматор.

Стрелками показаны направление распространения волн и условное продвижение во времени и пространстве значений выполненных замеров. Под продвижением во времени значений выполненных замеров следует понимать то, что измерения для одного и того же волнового пакета выполняются поочередно, каждое в свое время на соответствующем отводе многоотводной линии задержки, и достигают они сумматора с разной задержкой по времени. На фиг.9 это условно графически изображено вертикальными стрелками. Чем раньше выполнен замер, тем больше стрелок между соответствующим измерительным органом и ячейкой памяти (тем больше времени прошло с момента измерения волнового пакета на данном отводе многоотводной линии задержки).

В отличие от прототипа, у которого сигналы с отводов многоотводной линии задержки суммируются без дополнительной инструментальной задержки, предлагаемый способ подразумевает дополнительную инструментальную задержку для выполняемых измерений. Так как измерения на многоотводной линии задержки по предлагаемому способу выполняются поочередно, то все промежуточные результаты измерений должны быть сохранены в аналоговом или цифровом виде любым известным техническим способом для последующего суммирования. Сумматор может быть аналоговым или цифровым, последовательного накопительного или параллельного действия, в зависимости от способа получения и хранения промежуточных результатов измерений волнового пакета.

Так как волновой пакет по условию работы рассматриваемой частотно-избирательной цепи проходит от начала до конца многоотводной линии задержки, то возникает необходимость перемещать точку измерения напряжения (тока, мощности) волнового пакета вслед за волновым пакетом со скоростью распространения сигнала, который входит в состав волнового пакета. Перемещать точку измерения за волновым пакетом можно разными способами. Например, измерительный орган может быть один и его измерительный вход последовательно посредством переключающего устройства (например, управляемые электронные ключи) поочередно соединяется с необходимыми отводами многоотводной линии задержки для выполнения измерений в требуемые моменты времени. Аналогичную задачу по перемещению точки измерения за волновым пакетом можно осуществить, подключив к каждому отводу многоотводной линии задержки по одному измерительному органу (объекты 2 на фиг.9), которые по мере продвижения волнового пакета по многоотводной линии задержки поочередно выполняют измерения напряжений (токов, мощностей) волнового пакета, проходящего последовательно от первого до последнего отвода многоотводной линии задержки. Существуют и другие технические решения, которые позволяют организовать перемещение точки измерения за волновым пакетом, например различные комбинации двух выше описанных способов.

Сходство ПФП с прототипом наблюдается во времени ожидания от момента поступления волнового пакета или пачки импульсов на вход многоотводной линии задержки до момента получения первого отсчета сигнала на выходе сумматора. В том и другом случае первый волновой пакет или первый импульс пачки должны пройти от начала до конца многоотводной линии задержки, на что требуется определенное время.

По сравнению с прототипом пропускная способность ПФП увеличивается за счет того, что имеется возможность отказаться от использования сигналов исключительно вида пачек импульсов. Известно, что одна пачка импульсов в своей совокупности для прототипа представляет только единицу полезной информации. Для того чтобы наступил момент для анализа следующей единицы информации такого сигнала, предыдущая пачка импульсов должна полностью выйти за пределы многоотводной линии задержки или замениться на следующую пачку импульсов, на что требуется относительно большое время. Таким образом, по сравнению с прототипом, только за счет отказа от использования сигналов вида пачек импульсов в пользу одиночных импульсных сигналов пропускная способность ПФП увеличивается в несколько раз.

Дополнительно к вышесказанному, пропускная способность ПФП возрастает за счет того, что нет необходимости ждать окончания проведения измерений энергетической величины волнового пакета на всех отводах многоотводной линии задержки, так как имеется возможность параллельно, в то же самое время, выполнять аналогичные измерения для следующего волнового пакета, который движется вслед за предыдущим. Причем, если к каждому отводу многоотводной линии задержки подключен свой измерительный орган (объекты 2 на фиг.9), то имеется возможность одновременно проводить измерения для большого числа волновых пакетов, количество которых может достигать числа отводов многоотводной линии задержки. В этом случае на каждый такт измерений можно получать очередной отсчет сигнала на выходе ПФП. Последнее говорит о том, что теоретически ПФП может иметь бесконечно большую пропускную способность.

Пример использования ПФП. Определение уровня мгновенного значения напряжения сигнала на несущей частоте 1 МГц, который входит в состав широкого спектра волн, при условии, что в диапазоне от 999,995 кГц до 1000,005 кГц (полоса частот 10 Гц) помехи отсутствуют.

Если общее время выполнения измерений напряжений волнового пакета на отводах многоотводной линии задержки по пространственно-временному алгоритму установить равным 100 мс, а отношение скоростей распространения для волн разных частот в результате дисперсии на многоотводной линии задержки равно отношению их частот, то, используя предлагаемый способ, будет достигнута эквивалентная добротность частотно-избирательной цепи в пределах 113060 с полосой пропускания 8,845 Гц, что позволит с небольшим запасом по селективности решить поставленную задачу. Фиг.8.

Для нахождения уровня мгновенного значения напряжения сигнала (несущей частоты сигнала), применив способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, используя пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений, необходимо выполнить следующее:

1) ФНЧ подавить высокочастотные помехи за пределами самой высокой частоты рабочего диапазона и высшие гармоники несущей частоты сигнала;

2) ФВЧ подавить низкочастотные помехи за пределами самой низкой частоты рабочего диапазона и убрать постоянный уровень напряжения из исходного спектра электромагнитных волн;

3) далее направить частоты рабочего диапазона (волновой пакет) на вход многоотводной линии задержки, которая обладает свойством дисперсии для проходящих по ней волн;

4) потери мощности волн, возникающие при прохождении их по многоотводной линии задержки, компенсировать периодическим усилением с помощью широкополосных линейных усилителей;

5) надлежащим образом подобранными поправочными коэффициентами учесть отклонения уровней измеряемых напряжений волн, проходящих по многоотводной линии задержки, в связи с их затуханием или завышенным усилением;

6) провести 100000 (сто тысяч) измерений мгновенных уровней напряжений волнового пакета, проходящего по многоотводной линии задержки, с интервалом 1 мкс, в течение времени 100 мс;

7) каждое очередное измерение производится в том месте многоотводной линии задержки, где проходит волновой пакет;

8) сложить значения полученных замеров напряжений волнового пакета, выполненных на отводах многоотводной линии задержки;

9) отсчет на выходе сумматора, поделенный на количество произведенных замеров, будет практически равен мгновенному значению сигнала с несущей частотой 1 МГц на момент выполнения первого измерения волнового пакета на многоотводной линии задержки. Все помехи, несущие частоты которых лежат за пределами сформированной полосы пропускания, от 999,9956 кГц до 1000,0044 кГц, будут подавлены.

Для повышения точности определения искомого мгновенного значения, необходимо увеличивать продолжительность выполнения измерений на многоотводной линии задержки и использовать линию задержки с более выраженным свойством дисперсии для проходящих по ней волн. Это приведет к росту подавляющего эффекта на частоты помех, повышению относительного уровня сигнала на выходе сумматора и увеличению эквивалентной добротности ПФП.

Задачу приведенного примера также можно решить, выполняя каждое очередное измерение на аналогичной многоотводной линии задержки чаще, чем продолжительность одного периода несущей частоты сигнала (1 мкс). Для получения той же самой полосы пропускания 8,845 Гц, как и в вышеприведенном примере, общее время выполнения измерений на многоотводной линии задержки должно быть равно 100 мс. При этом абсолютный уровень сигнала на выходе ПФП будет выше, а относительный уровень помех будет ниже за счет более эффективного подавления их высокочастотных составляющих.

Коэффициент усиления для центральной частоты ПФП (для сигнала) равен числу выполненных замеров на многоотводной линии задержки, при условии поддержания постоянного уровня несущей частоты сигнала на всех отводах многоотводной линии задержки.

Полоса пропускания ПФП обратно-пропорциональна величине дисперсии для волн рабочего диапазона и времени выполнения измерений на многоотводной линии задержки, что позволяет легко менять ее в широких пределах. Фиг.5, Фиг.8.

Основные преимущества ПФП заключаются в следующем.

1. Предлагаемый частотно-избирательный фильтр, всегда обладая высокой пропускной способностью, одновременно может иметь очень большую селективность (очень узкую полосу пропускания), что является уникальным сочетанием свойств, которое до последнего времени принято было считать не только практически недостижимым, но и теоретически невозможным. Впервые предложен полосовой фильтр, у которого такие характеристики, как пропускная способность и полоса пропускания не связаны между собой жестким соотношением и могут иметь между собой практически любую кратность.

2. При выделении сигнала от помех впервые появилась возможность восстановить форму, фазу, амплитуду и относительную задержку каждого полупериода несущей частоты сигнала по его мгновенным значениям. На практике это позволяет на приемном конце демодулировать сложный сигнал, который был промодулирован на передающем конце по одному или нескольким параметрам несущей частоты. После определения параметров каждого компонента (каждой несущей частоты в отдельности) сложного сигнала предлагаемым способом, имеется возможность полностью восстановить информацию, переносимую сигналом любой сложности.

3. Как один из вариантов использования, ПФП способен выделить от помех непериодический сигнал любой формы, например единственный полупериод несущей частоты (элементарную электромагнитную волну), что для традиционных и повсеместно используемых резонансных частотно-избирательных фильтров (или им подобных по принципу действия) является непосильной задачей.

4. Данный способ частотно-избирательной фильтрации сигнала также позволяет непосредственно определять действующие значения напряжений (токов, мощностей) каждого полупериода несущей частоты сигнала. Для этого вместо измерения мгновенных значений напряжений (токов, мощностей) на отводах многоотводной линии задержки необходимо находить действующие значения напряжений (токов, мощностей) волнового пакета за время прохождения искомого полупериода несущей частоты сигнала мимо каждой точки измерения (отвода многоотводной линии задержки).

5. Электроизмерительные приборы, сконструированные с использованием ПФП, будут обладать практически неограниченным потенциалом по детализации исследуемых процессов и повышенной точностью измерения физических величин, что, в результате, будет способствовать более глубокому пониманию окружающей нас действительности.

6. С помощью ПФП, на стадии исследования и анализа его свойств, попутно были сделаны два открытия. Первое, волны электромагнитного диапазона по своей природе представляют собой элементарные электромагнитные волны, имеющие конечную продолжительность (половина периода гармонического колебания), которые несут энергию одной, только своей, несущей частоты. Любой сигнал, какой бы сложной не была его форма, всегда состоит из пространственной суперпозиции элементарных электромагнитных волн. Второе, потенциал для передачи объема информации за единицу времени в электромагнитном диапазоне линейно возрастает с увеличением несущей частоты.

7. Применение предлагаемого способа частотно-избирательной фильтрации сигнала совместно со способом формирования модулированного радиосигнала, не содержащего боковых спектров и гармоник [2], может решить актуальную на данное время мировую проблему нехватки радиочастотного ресурса.

Источники информации

1. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М., 2003, с.434.

2. Патент RU 2320076.

3. Справочник по теоретическим основам радиоэлектроники. Под ред. Б.Х.Кривицкого, В.Н.Дулина. В 2-х томах. Том 1. М.: Энергия, 1977, с.210-214.

1. Способ частотно-избирательной фильтрации сигнала, использующий пространственно-временной алгоритм проведения измерений энергетической величины волнового пакета на многоотводной линии задержки, обладающей дисперсией для длин волн рабочего диапазона, и суммированием результатов выполненных измерений, заключающийся в том, что предварительно из исходного произвольного спектра волн фильтром низкой частоты подавляют высокочастотные помехи за пределами самой высокой частоты рабочего диапазона; фильтром высокой частоты подавляют низкочастотные помехи за пределами самой низкой частоты рабочего диапазона и убирают постоянный уровень напряжения; далее частоты рабочего диапазона направляют на вход многоотводной линии задержки, которая обладает свойством дисперсии для длин волн рабочего диапазона; измеряют напряжение волнового пакета на первом отводе многоотводной линии задержки, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение того же самого волнового пакета на следующем отводе многоотводной линии задержки через такое время от предыдущего измерения, которое требуется несущей частоте сигнала на преодоление расстояния между, первым и вторым отводами многоотводной линии задержки; повторяют измерение напряжения того же самого волнового пакета на следующих отводах многоотводной линии задержки по ходу движения волн; каждое следующее измерение напряжения волнового пакета на очередном отводе многоотводной линии задержки производят через такое время, которое требуется несущей частоте сигнала на преодоление расстояния от предыдущего до очередного отвода многоотводной линии задержки; причем измерения на многоотводной линии задержки для волнового пакета производят через соизмеримые между собой произвольные промежутки времени, но не реже чем продолжительность одного периода частоты биений в диспергирующей среде многоотводной линии задержки между центральной частотой и частотой среза формируемой полосы пропускания; все значения замеров напряжений, выполненные на отводах многоотводной линии задержки для одного и того же волнового пакета, прошедшего через многоотводную линию задержки, направляют в сумматор, где, складываясь, они образуют отсчет выходного сигнала.

2. Способ по п.1, на отводах многоотводной линии задержки измеряют и затем суммируют энергетическую величину волнового пакета, которая эквивалентна напряжению волнового пакета.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству и способу для генерации значений субполос звукового сигнала, к устройству и способу для генерации отсчетов временной области. .

Изобретение относится к устройству и способу фильтрации входного сигнала временной области. .

Изобретение относится к цифровой технике обработки сигналов и может быть использовано для фильтрации результатов измерения веса, значения величин которого выражены цифровым кодом.

Изобретение относится к системам связи и, более конкретно, к способам и устройству выбора среди множества несущих в системах беспроводной связи с использованием одной цепи приемников, настроенной на одну несущую.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах цифровой обработки речи и изображений в реальном масштабе времени. .

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может использоваться для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может использоваться для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может использоваться для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации результатов измерений физических параметров, выраженных цифровым кодом. .

Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение при создании высококачественных радиоприемных устройств вещательного и связного назначения с целью подавления зеркального канала

Изобретение относится к устройству и способу фильтрации входного сигнала временной области для получения выходного сигнала временной области, который представляет собой представление входного сигнала временной области, отфильтрованного с использованием характеристики фильтра, имеющей неравномерную амплитудно-частотную характеристику, содержит банк фильтров комплексного анализа для генерирования множества комплексных субполосных сигналов из входных сигналов временной области, множество промежуточных фильтров, причем, по меньшей мере, один из промежуточных фильтров из множества промежуточных фильтров имеет неравномерную амплитудно-частотную характеристику, при этом множество промежуточных фильтров имеют более короткую импульсную характеристику по сравнению с импульсной характеристикой фильтра, имеющего упомянутую характеристику фильтра, и, кроме того, неравномерные амплитудно-частотные характеристики множества промежуточных фильтров вместе представляют неравномерную характеристику фильтра, и банк фильтров комплексного синтеза для синтезирования выходных данных промежуточных фильтров для получения выходного сигнала временной области

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к способу оптимизации работы процессора в обрабатывающей системе вибрационного расходомера

Изобретение относится к блокам модулированных субдискретизированных цифровых фильтров, а также к способам и системам для конструирования этих блоков фильтров

Настоящее изобретение относится к гибридному радиочастотному фильтру для обработки радиочастотных цифровых сигналов в многополосной радиоаппаратуре с программным управлением. Достигаемый технический результат - обеспечение фильтрации низких частот при многократном изменении частоты в радиочастотном диапазоне, где на входе фильтра существует большой динамический диапазон между сигналами в полосе задержания и в полосе пропускания. Устройство частотно-зависимого подавления сигналов содержит два контура или пути прохождения сигналов, соединенных направленными ответвителями, первый контур содержит компонент, такой как элемент задержки или дуплексер, второй контур содержит режекторный фильтр, преобразователь с повышением частоты, преобразователь с понижением частоты, при этом каждый из упомянутых преобразователей содержит один или несколько смесителей, фильтры. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к дуплексному фильтру со скачкообразным изменением частоты для использования в радиочастотных фильтрах. Достигаемый технический результат - выполнение многократной фильтрации радиочастотных сигналов со скачкообразным изменением частоты настройки там, где на входе фильтра существует большой динамический диапазон между сигналами в полосе задержания и в полосе пропускания. Устройство частотно-зависимого подавления сигналов содержит два контура или пути прохождения сигналов, объединенные с направленными ответвителями, при этом первый контур содержит элемент задержки или дуплексер, второй контур содержит режекторный фильтр, преобразователь с понижением частоты, цифровой фильтр и преобразователь с повышением частоты. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к системам преобразования сигналов с повышением частоты и может использоваться в цифровых системах связи. Достигаемый технический результат - обеспечение возможности перестройки в широкой полосе частот. Способ цифрового дискретизированного по времени полосового сигнала с повышением частоты до нужной величины включает задание фиксированной эффективной частоты дискретизации для цифроаналогового преобразования (ЦАПа), выполнение комплексной перестройки дискретизированного по времени полосового сигнала для его смещения в частотной области, увеличение частоты дискретизации в N раз для получения дискретизированного по времени сигнала с увеличенной частотой дискретизации, представление которого в частотной области содержит множество спектров сигнала, фильтрацию для выделения по меньшей мере одного спектра, преобразование его в непрерывный сигнал с использованием ЦАПа, фильтрацию непрерывного сигнала для выделения спектра сигнала, расположенного на нужной частоте в частотной области. Устройство цифрового преобразования с повышением частоты дискретизированного по времени полосового сигнала до необходимой величины содержит ЦАП, комплексный тюнер, цифровое устройство увеличения в N раз частоты дискретизации, фильтр выделения спектра сигнала, фильтр после ЦАПа. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к устройству и способу фильтрации входного сигнала временной области и может использоваться для кодирования, декодирования, манипулирования и фильтрации аудиосигналов. Достигаемый технический результат - получение более эффективного, более гибкого манипулирования входным сигналом временной области с улучшением качества. Генератор фильтров для обеспечения сигнала определения промежуточного фильтра содержит банк комплексно-модулированных фильтров для фильтрации импульсной характеристики, определения амплитудно-частотной характеристики фильтра во временной области для получения множества комплекснозначных субполосных сигналов в качестве сигнала определения промежуточного фильтра, причем каждый комплекснозначный субполосный сигнал банка комплексно-модулированных фильтров соответствует импульсной характеристике для промежуточного фильтра для субполосного сигнала, каждый комплекснозначный субполосный сигнал короче, чем сигнал импульсной характеристики. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и может быть использовано для построения функциональных узлов аналоговых вычислительных машин, средств автоматического регулирования и управления, аналоговых процессоров и др. Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения реализации выбора минимального, супраминимального, субмаксимального или максимального из пяти входных аналоговых сигналов. Ранговый фильтр предназначен для ранговой обработки аналоговых сигналов и может быть использован в системах аналоговой вычислительной техники как средство предварительной обработки информации. Каждый из десяти реляторов (11,…,110) рангового фильтра содержит компаратор (2), элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (3), замыкающий и размыкающий ключи (41 и 42). 2 ил.

Изобретение относится к области вычислительной техники, к технике цифровой фильтрации и может быть использовано при разработке цифровых фильтров в дискретных системах. Достигаемый технический результат - повышение быстродействия и помехоустойчивости. Способ цифровой фильтрации основан на формировании дискретного сигнала Р, принимающего значения «0» или «1», формировании цифрового сигнала В путем суммирования импульсов заданного периода при значении дискретного сигнала P=1 и путем вычитания этих же импульсов при значении дискретного сигнала P=0, и формировании выходного сигнала D в виде D=1, при B=A1 и в течение времени при В≠А2, D=0, при B=А2 и в течение времени при B≠A1, где А1 и А2 - заданные значения, определяемые максимально возможным интервалом, в котором состояние входного сигнала однозначно не определено, и ограничивающие интервал изменения цифрового сигнала В. Цифровой фильтр содержит генератор, реверсивный счетчик, два цифровых компаратора, задатчик сигналов ограничения A1 и A2, триггер, инверторы, элементы И и ИЛИ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх