Способ измерения отношения сигнал-помеха



Способ измерения отношения сигнал-помеха
Способ измерения отношения сигнал-помеха
Способ измерения отношения сигнал-помеха
Способ измерения отношения сигнал-помеха

 


Владельцы патента RU 2466416:

Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" (RU)

Изобретение относится к области гидроакустики и производит определение отношения сигнал/помеха при одновременном присутствии и сигнала, и помехи на входе приемного устройства. Для этого осуществляют прием сигнала шумоизлучения и помехи, определяют спектр принятой смеси сигнала шумоизлучения и помехи, определяют вторичный спектр смеси сигнала шумоизлучения и помехи или автокорреляционную функцию (АКФ), определяют точку перегиба АКФ, определяют S1 как сумму отсчетов АКФ от нулевого отсчета до отсчета в точке перегиба, определяют S3 как сумму отсчетов АКФ от отсчета точки перегиба до отсчета окончания АКФ, определяют S2 как произведение значения АКФ в точке перегиба на число отсчетов от нулевого отсчета до точки перегиба, а отношение сигнал/помеха определяют по формуле . Техническим результатом изобретения является обеспечение универсальности способа и упрощение аппаратуры, позволяющей определять отношение сигнал/шум. 2 ил.

 

Изобретение относится к гидроакустике, технической акустике и может быть использовано при определении влияния помехи на характеристики обнаружения гидроакустических систем.

Отношение сигнал/помеха является одним из основных параметров, определяющих помехоустойчивость систем обнаружения и их основные характеристик, таких как вероятность правильного обнаружения и вероятность ложной тревоги. Поэтому возникает необходимость в определении этой величины при работе в реальных условиях при конкретной помехосигнальной ситуации (А.М.Тюрин. Введение в теорию статистических методов в гидроакустике. Л., 1963 г., изд. ВМОЛА, стр.116).

Известен метод измерения отношения сигнал/помеха, который используется в системах проверки для определения работоспособности систем обнаружения сигналов шумоизлучения в лабораторных условиях.

Способ содержит измерение энергии подаваемого на вход системы сигнала, отключение сигнала и измерение энергии подаваемой помехи на вход системы без сигнала, одновременную подачу на вход системы известного сигнала и известной помехи и определение интересующего параметра на выходе системы после обработки суммарного процесса. Недостатком этого способа является необходимость последовательного измерения энергии сигнала и энергии помехи, что в реальных условиях практически невозможно.

Известен способ измерения отношения сигнал/помеха, который содержит прием смеси сигнала шумоизлучения и помехи двумя идентичными приемниками, расстояние между которыми превышает интервал корреляции помехи, определение суммы сигналов, принятых двумя приемниками, определение разности сигналов, принятых двумя приемниками (А.М.Тюрин. Введение в теорию статистических методов в гидроакустике. Л., 1963 г., изд. ВМОЛА, стр.172).

Предполагается, что помехи, действующие на приемники, статистически независимы, тогда разность сигналов, принятых двумя приемниками, будет определять помеху. Сумма сигналов, принятых двумя приемниками, будет определять сумму сигнал + помеха. Разность суммы сигналов + помехи и разности сигналов будет определять сигнал, а отношения сигнал/помеха будет определяться как частное от деления разности суммы сигналов + помехи и разности сигналов, принятых двумя приемниками, на разность этих сигналов.

Недостатком этого способа является необходимость наличия двух идентичных каналов обработки сигналов, принятых в канале суммы и в канале разности, что в реальных условиях вызывает значительные трудности, поскольку со временем за счет старения характеристики элементов изменяются и каналы становятся неидентичными. Кроме того, необходимо иметь два канала обработки, приемники которых разнесены на интервал, превышающий интервал корреляции помехи, что не всегда возможно.

Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а техническим результатом способа является упрощение аппаратуры, реализующей способ и обеспечение универсальности способа.

Указанный недостаток устраняется тем, что в известный способ измерения, содержащий прием сигнала шумоизлучения и помехи, введены новые признаки, а именно: дополнительно определяют спектр принятой смеси сигнала шумоизлучения и помехи, определяют вторичный спектр смеси сигнала шумоизлучения и помехи или автокорреляционную функцию (АКФ), определяют точку перегиба АКФ, определяют S1 как сумму отсчетов АКФ от нулевого отсчета до отсчета в точке перегиба, определяют S3 как сумму отсчетов АКФ от отсчета точки перегиба до отсчета окончания АКФ, определяют S2 как произведение значения АКФ в точке перегиба на число отсчетов от нулевого отсчета до точки перегиба, а отношение сигнал/помеха определяют по формуле

где S1 - площадь автокорреляционной функции помехи и сигнала до точки перегиба;

S2 - площадь автокорреляционной функции сигнала до точки перегиба;

S3 - площадь автокорреляционной функции сигнала после точки перегиба.

Известно, что спектр нормального стационарного процесса определяется следующим образом (A.M.Заездный. Основы расчетов по статистической радиотехнике. Связь, М., 1969 г., стр 88, стр.91).

где Х(ω) - спектр временной реализации x(t).

Если на момент приема эхо-сигнала на входе приемного устройства будет действовать помеха X(t) и сигнал У(Т), то может считать, что на входе антенны действует суммарный сигнал Z(t)=X(t)+Y(t), где X(t) и Y(t) - два независимых друг от друга процесса, поскольку они принимаются от разных источников и имеют различные частотные полосы.

Пусть вычисляется спектр суммы процессов с помощью преобразования Фурье:

Можно определить АКФ поступающего сигнала как обратное преобразование Фурье от энергетического спектра

С учетом полосы сигнала шумоизлучения АКФ можно записать следующим образом.

где ωн - нижняя граница полосы сигнала,

ωв - верхняя граница полосы сигнала.

Полагая, что спектр сигнала равномерно распределен в рабочей полосе частот, нули АКФ определяются по формулам:

где n=0, 1, 2, 3.

Получим точки пересечения огибающей АКФ с нулем:

,

,

Из приведенных формул видно, что АКФ содержит несущую частоту, равную полусумме верхней и нижней частот, и огибающую АКФ, равную их полуразности. Ширина основного максимума функции автокорреляции зависит от ширины полосы сигнала, принимаемого антенной. В случае сигнала она будет определяться шириной полосы сигнала, а в случае помехи будет определяться шириной полосы помехи, действующей на входе, которая существенно шире, чем полоса принимаемого сигнала. В этом случае АКФ суммарного процесса будет равна сумме АКФ составляющих (A.M.Заездный. Основы расчетов по статистической радиотехнике. Связь, М, 1969 г., стр 88, стр.91) и иметь вид:

где Вх(τ) и Вy(τ) - АКФ процессов X(t) и У(t),

Вху(τ) и Вух(τ) - ВКФ (взаимно-корреляционная функция) тех же процессов. Так как X(t) и Y(t) процессы независимые, то ВКФ равны нулю и АКФ суммы независимых случайных процессов равна сумме автокорреляционных функций слагаемых.

ВZ(τ)=Вх(τ)+Вy(τ).

Поскольку ширина спектров помехи и спектра сигнала шумоизлучения различна, то и нули АКФ будут различными для Вх(τ) и Ву(τ).

Соответственно, Вх(τ) будет иметь первый ноль (точка касания), определяемый полосой помехи Δωx, Ву(τ) будет иметь точку касания, определяемую полосой сигнала шумоизлучения Δωу.

При суммировании двух и более АКФ произойдет искажение исходной огибающей АКФ. Сначала наблюдается убывание огибающей АКФ, имеющей широкий спектр, до точки перегиба, соответствующей первому нулю огибающей функции для полосы ΔωX, после которой кривая перейдет к другой огибающей функции для полосы ΔωY, принадлежащей цели с более узким спектром, таким образом, монотонность огибающей корреляционной функции исказится. Поэтому необходимо найти точку перегиба суммарной автокорреляционной функции (Патент на изобретение №2110810 от 26.07.1995 на «Способ обнаружения шумящих объектов»). Сигналы от различных источников, в частности сигнал входной помехи, который имеет полосу, равную полосе приемного тракта, и сигнал от источника шумоизлучения, полоса которого зависит от дальности до объекта шумоизлучения или от других факторов, будут иметь различные автокорреляционные функции, которые будут фиксироваться одновременно на выходе системы обработки.

Известно, что автокорреляционная функция стационарного случайного процесса является четной функцией времени и имеет максимум равной дисперсии процесса или мощности и, как правило, убывает со временем до нуля (В.И.Тихонов. Статистическая радиотехника. Сов. радио, М., 1966 г., стр 77). Автокорреляционная функция может определяться как аналоговыми методами (там же, стр 84), так и с использованием цифровых методов обработки с помощью спецпроцессоров на основе быстрого преобразования Фурье БПФ.

На фиг.1 представлена АКФ сигнала и АКФ входного шума, на фоне которого производится обработка входного сигнала. В соответствии с патентом на изобретение №2110810 от 26.07.1995 г. можно определить точку перегиба автокорреляционной функции и определить АКФ входной помехи и АКФ входного сигнала шумоизлучения. Относительно точки перегиба АКФ определяется площадь S1 как сумма отсчетов АКФ от нулевого отсчета до отсчета точки перегиба, которая принадлежит помехе и сигналу, и площадь S3, которая принадлежит части входного сигнала, как сумму отсчетов АКФ после отсчета точки перегиба до отсчета окончания АКФ. Определяют площадь S2, которая принадлежит и помехе, и сигналу, как произведение значения АКФ в отсчете точки перегиба на число отсчетов от нулевого отсчета до отсчета точки перегиба.

Отношение сигнал помехи определяется выражением

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 представлена АКФ смеси сигнала и помехи, на фиг.2 - блок-схема устройства, реализующего указанный способ.

Устройство содержит приемное устройство 1, выход которого соединен через блок 2 спектроанализатора БПФ и блок 3 спектроанализатора БПФ со входом блока 4 определения точки перегиба, и далее через блок 5 измерения первой площади АКФ S1 поступает на первый вход блока 8 определения отношения сигнал/помеха. Второй выход блока 4 соединен через блок 6 измерения второй площади АКФ S2 со вторым входом блока 8. Третий выход блока 4 соединен через блок 7 измерения третьей площади АКФ S3 с третьим входом блока 8.

Способ измерения отношения сигнал/помеха целесообразно рассмотреть совместно с работой реализующего его устройства. На вход приемного устройства 1 поступает временная реализация, содержащая помеху, действующую на входе, и сигнал шумоизлучения цели. В приемном устройстве происходит прием, усиление и преобразование принятой реализации в цифровую форму и передача на вход спектранализатора БПФ 2, на выходе которого формируется комплексный спектр суммарного процесса. Этот спектр поступает на вход второго спектранализатора БПФ 3, на выходе которого формируется вторичный спектр или автокорреляционная функция входного процесса. Суммарная автокорреляционная функция поступает на вход блока определения точки перегиба 4. Этот блок является известным устройством и может быть выполнен в соответствии с патентом на изобретение №2110810 от 26.07.1995 «Способ обнаружения шумящих объектов». Выделенная автокорреляционная функция и координаты точки перегиба в цифровом виде поступают в блок 5 измерения площади S1, в блок 6 измерения площади S2, в блок 7 измерения площади S3. Блоки измерения площадей являются известными устройствами и могут быть реализованы как сумматоры отсчетов, определенных в указанных пределах по типу цифрового регистратор 7502 (Справочник по гидроакустике. Л., Судостроение, 1988 г., стр.408) или реализованы на любом компьютере с использованием стандартных программ. Измеренные значения площадей поступают в блок определения отношения сигнал/помеха, в котором производятся элементарные арифметические операции.

Таким образом, используя корреляционные свойства помехи и сигнала, определяя количественные значения мощности помехи и мощности сигнала по разделенной суммарной автокорреляционной функции, решается поставленная задача определения отношения сигнал/помеха на входе приемного устройства и тем самым достигается поставленный технический результат. Универсальность способа заключается в том, что и сигнал, и помеха проходят через один и тот же канал обработки и нет необходимости двух каналов, и нет необходимости обеспечения идентичности каналов.

Способ измерения отношения сигнал-помеха, содержащий прием сигнала шумоизлучения и помехи, отличающийся тем, что дополнительно определяют спектр принятой смеси сигнала шумоизлучения и помехи, определяют вторичный спектр смеси сигнала шумоизлучения и помехи или автокорреляционную функцию (АКФ), определяют точку перегиба АКФ, определяют площадь автокорреляционной функции помехи и сигнала до точки перегиба S1 как сумму отсчетов АКФ от нулевого отсчета до отсчета в точке перегиба, определяют площадь автокорреляционной функции сигнала после точки перегиба S3 как сумму отсчетов АКФ от отсчета точки перегиба до отсчета окончания АКФ, определяют площадь автокорреляционной функции сигнала до точки перегиба S2 как произведение значения АКФ в точке перегиба на число отсчетов от нулевого отсчета до точки перегиба, а отношение сигнал-помеха определяют по формуле .



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам передачи данных и может быть использовано в измерительной технике, для измерения среднего значения, дисперсии, средневыпрямленного значения, максимального значения и кажущейся частоты помехи, действующей в канале связи.

Изобретение относится к области электронных измерений, к измерениям в технике радиоприема. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиолокации, радионавигации и системах связи для измерения отношения сигнала/шум, повышения точности и достоверности получаемой информации и контроля качества канала связи.

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может использоваться для измерения мощности шумовых сигналов в широком диапазоне высоких частот. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения собственных шумов медицинских электродов для съема поверхностных биопотенциалов в присутствии шума измерительной системы, значительно превышающего измеряемый.

Изобретение относится к метрологии: к измерительным генераторам шума, и может быть использовано для поверки измерителей коэффициента шума различных электронных устройств.

Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению малых отношений сигнал/шум. .

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано для поддержания постоянного уровня шумов на выходе приемного тракта. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации, радионавигации и системах связи для измерения отношения сигнал/шум, повышения точности и достоверности получаемой информации или контроля качества канала связи.

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для измерения спектра мощности флуктуаций квазигармонических радиосигналов. .

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в адаптивных радиоприемных устройствах, адаптивных системах радиосвязи, адаптивных антенных системах, радиоприемных устройствах систем радиомониторинга и радиолокационных систем

Изобретение относится к области радиоизмерений, а именно к измерению шумов полупроводниковых изделий, и может быть использовано для лабораторных и цеховых измерений параметра шума

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и решает задачу выделения исследуемого сигнала из смеси с помехой

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с элементами с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума. Измерительная интегральная схема дополнительно содержит второй отрезок линии передачи на выходе, две емкости, резистор, индуктивность, две контактные площадки для подачи питания к измеряемому четырехполюснику. Элементы с перестраиваемыми параметрами выполнены в виде полевых транзисторов с барьером Шотки. На затвор полевого транзистора подают управляющее напряжение от соответствующего источника. Величина сопротивления резистора на порядок больше величины волнового сопротивления отрезка линии передачи на входе, величины индуктивности и емкости определяются из математических формул. Технический результат: расширение рабочей полосы частот, повышение точности измерений, упрощение устройства. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Сущность: устройство содержит измерительную интегральную схему с перестраиваемыми параметрами, вход которой соединен с генератором шума посредством центрального проводника в виде отрезка линии передачи, выход которого соединен с входом измеряемого четырехполюсника, измеритель коэффициента шума. Измерительная интегральная схема содержит второй центральный проводник в виде отрезка линии передачи, две емкости, резистор, индуктивность, элемент с перестраиваемыми параметрами в виде полевого транзистора с барьером Шотки и две контактные площадки для подачи питания к измеряемому четырехполюснику. Величина сопротивления резистора на порядок больше величины волнового сопротивления отрезка линии передачи на входе, величины индуктивности и емкости определяются из математических формул. Технический результат: расширение рабочей полосы частот, повышение точности измерений, упрощение устройства. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа измерения фактора шума микроканальной пластины. Способ включает снятие сигнала со всей площади люминесцентного экрана, который осуществляется в процессе изготовления МКП, регистрацию сигнала каждого импульса с выхода МКП, его усиление и подачу на многоканальный амплитудный анализатор импульсов. Сигналы анализируют по амплитудам и определяют коэффициент вариации усиления микроканальной пластины, пропорциональный фактору шума. Технический результат заключается в повышении точности измерений и обеспечении возможности контроля фактора шума микроканальной пластины в процессе ее изготовления. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике на СВЧ. Устройство для измерения полного сопротивления и шумовых параметров двухполюсника на СВЧ, содержащее измеритель частотных характеристик и интегральную схему в составе центральной линии передачи, отрезка линии передачи, соединенного с центральной линией передачи, электрических ключей - полупроводниковых приборов, управляемых постоянными напряжениями, измеритель частотных характеристик соединен с одним концом центральной линии передачи, другой ее конец - с измеряемым двухполюсником. В котором в качестве измерителя частотных характеристик используют измеритель спектральной плотности мощности шума, интегральная схема выполнена в виде монолитной интегральной схемы на полупроводниковой подложке, при этом отрезок линии передачи выполнен равным одной восьмой длины волны в линии передачи, в качестве электрических ключей используют полевые транзисторы с барьером Шотки и, по меньшей мере, в виде одной пары, при этом в каждой упомянутой паре исток одного полевого транзистора с барьером Шотки соединен с центральной линией передачи на расстоянии одной восьмой длины волны в линии передачи от места соединения измеряемого двухполюсника и между парами, его сток с одним концом отрезка линии передачи, другой конец которого соединен со стоком другого полевого транзистора с барьером Шотки, его исток заземлен, постоянные управляющие напряжения подают на затворы каждого полевого транзистора с барьером Шотки от соответствующего источника постоянного управляющего напряжения. Технический результат заключается в расширении рабочей полосы частот, в повышении точности измерения путем снижения погрешности измерения и в упрощении устройства при сохранении возможности автоматизации. 4 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиосистемах, в которых осуществляется оценка текущей информации о помехово-сигнальной обстановке и уровне отношения сигнал/помеха в тракте промежуточной частоты с целью адаптации к ней различных параметров радиоприемных устройств. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности результатов совместного измерения средней мощности сигнала, шума и отношения мощностей сигнал/помеха в радиоканале, а также существенное сокращение времени измерения отношения мощностей сигнал/помеха за счет их параллельной обработки. Технический результат достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее приемную антенну, линейный приемный тракт, полосовой фильтр, квадратичный детектор, интегратор (фильтр нижних частот) дополнительно введены первый - шестой электронные ключи, генератор тактовых импульсов, переключатель режимов, первый и второй формирователи импульсов, элемент ИЛИ, дополнительный усилитель, перемножитель, второй интегратор (фильтр нижних частот), вычитающее устройство, первый и второй АЦП, первый и второй накопители импульсов, первый и второй усреднители, вычислитель отношения, устройство управления и блок индикации. 2 ил.

Изобретение относится к области техники радиосвязи, конкретнее к оцениванию условий радиосвязи по результатам зондирования ионосферы сигналами с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), и может быть использовано для построения технических средств ионосферно-волновой частотно-диспетчерской службы, входящей в состав системы радиосвязи. Задача изобретения в том, чтобы использовать результаты НЗ для оценивания отношения сигнал/шум в канале связи, учитывая особенности применяемого в нем конкретного связного сигнала. Поставленная задача достигается тем, что в способе оценивания отношения сигнал/шум в полосе ΔFC частот по данным ЛЧМ зондирования ионосферы, заключающемся в излучении передатчиком, имеющем мощность Pпрд з, непрерывного ЛЧМ сигнала и обработке его в приемнике, с помощью преобразователя осуществляют гетеродинирование принимаемого зондирующего ЛЧМ сигнала и его предварительную фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFпр/2 до ΔFпр/2, с помощью фильтра разностной частоты выполняют фильтрацию в диапазоне частот от -ΔFфр/2, до ΔFфр/2, вычисляют быстрое преобразование Фурье (БПФ), дополнительно с помощью фильтра помехи выходной сигнал преобразователя подвергают фильтрации, с помощью устройства выравнивания выходные отсчеты фильтра разностной частоты совмещают по времени с выходными отсчетами фильтра помехи, а затем отсчеты с выходов устройства выравнивания и фильтра помехи подают на входы устройства оценивания и в нем вычисляют оценку отношения сигнал/шум для частоты fa анализа и k-го выхода БПФ по формуле h k 2 ( f a ) = K п р д 2 ∑ m − 0 N c − 1 S c 0 2 ( f m − f a ) ∑ m = 0 N c − 1 S c 0 2 ( f m − f a ) S з 2 ( f m ) S п р м з k 2 ( f m ) P п ( f a ) , где Kпрд с/Pпрд з; Pпрд с - мощность передатчика, излучающего связной сигнал; S c 0 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого связного сигнала; S з 2 ( f ) - модуль энергетического спектра излучаемого зондирующего сигнала; S п р м   з   k 2 ( f ) - модуль энергетического спектра принимаемого зондирующего сигнала, вычисляемый по k-ому выходу вычислителя БПФ; Nc - количество составляющих в спектре излучаемого связного сигнала; fm - частота m-ой составляющей в спектре излучаемого связного сигнала; Pп(f) - мощность помехи на входе приемника, вычисляемая по выходному напряжению фильтра помехи. Достигаемым техническим результатом является то, что в процессе оценивания отношения сигнал/шум учитываются индивидуальные признаки канала связи в виде характеристик применяемого связного сигнала и тем самым повышается достоверность получаемой оценки. 2 ил.

Изобретение относится к пассивной радиотеплолокации и может использоваться для измерения мощности шумовых сигналов в системах дистанционного зондирования различных природных сред, промышленности, медицинских технологиях. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей по оперативной настройке на различные диапазоны измерений с учетом неидеальностей входящих во входной блок СВЧ элементов. Для достижения этого технического результата в радиометр, содержащий микроконтроллер, антенну, направленный ответвитель, генератор шума, высокочастотный селектор, n выходов которого соединены с первыми входами n циркуляторов, вторые входы которых подключены к n согласованным нагрузкам, n последовательно соединенных приемников, предварительных усилителей низкой частоты, синхронных фильтров, усилителей низкой частоты, фильтров высоких частот, компараторов, вторые входы которых соединены с общей шиной радиометра, а выходы n компараторов соединены с n входами микроконтроллера, первый выход которого подключен к управляющему входу высокочастотного селектора, m выходов соединены с управляющими входами n синхронных фильтров, а второй выход микроконтроллера является выходом радиометра, причем направленный ответвитель, генератор шума, высокочастотный селектор, n циркуляторов и n согласованных нагрузок установлены на термостатированной плате и находятся с ней в тепловом контакте, введены установленные на термостатированной плате и находящиеся с ней в тепловом контакте n-1 генераторов шума, n-1 направленных ответвителей, n управляемых источников тока, выходы которых подключены к последовательно соединенным n генераторам шума и n направленным ответвителям, вторые входы n направленных ответвителей подключены к выходам n циркуляторов, а выходы n направленных ответвителей соединены с входами n приемников, первые входы управляемых источников тока объединены вместе и соединены с третьим выходом микроконтроллера, а их вторые входы подключены к k выходам микроконтроллера, антенна соединена с входом высокочастотного селектора. 5 ил.
Наверх