Способ выделения полезного сигнала из шумов - "метод зеркальных шумовых образов" и устройство для его осуществления



Способ выделения полезного сигнала из шумов - "метод зеркальных шумовых образов" и устройство для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2480897:

Чернов Евгений Иванович (RU)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности и чувствительности разных измерительных приборов и оборудования в радиолокационных станциях, системах связи и т.п. Достигаемый технический результат - повышение отношения сигнал/шум при выделении сигнала из шумов. Способ выделения полезного сигнала из шумов заключается в фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, в выделении из входного сигнала путем фильтрации, по крайней мере, в одной из областей частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, не менее одного дополнительного сигнала, с помощью которого формируют сигнал компенсации шума. Устройство для выделения полезного сигнала из шумов содержит источник входного сигнала, подключенный к входу основного фильтра, предназначенного для выделения сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, блок из дополнительных фильтров, предназначенных для выделения дополнительных сигналов в областях частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, блок обработки сигналов. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения точности и чувствительности разных измерительных приборов и оборудования (неинвазивных глюкометров, радиолокационных станций, систем связи и т.п.).

Известен способ выделения полезного сигнала из шумов, заключающийся в согласованной фильтрации полезного сигнала /1/.

Этот способ реализуется с помощью устройства, в состав которого входит согласованный фильтр /1/.

Недостатки этого способа и устройства заключаются в том, что заранее должна быть известна форма принимаемого сигнала, а также то, что не подавляется шумовой сигнал в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ выделения полезного сигнала из шумов, заключающийся в фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала /2/.

Устройство для выделения полезного сигнала из шумов по второму способу содержит источник входного сигнала, подключенный к входу основного фильтра, предназначенного для выделения сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала /2/.

Недостатком этого способа и устройства является то, что при выделении полезного сигнала не подавляется шумовой сигнал в области частот спектра полезного сигнала. Изобретение решает задачу повышения отношения сигнал/шум при выделении сигнала из шумов.

Сущность изобретения заключается в формировании компенсирующего сигнала, снижающего уровень шумового сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, а также в ведении в известное устройство блока дополнительных фильтров, работающих в области частот, находящихся вне спектра полезного сигнала, и блока обработки сигналов.

Технический результат заключается в повышении чувствительности и точности измерительных приборов и оборудования.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе выделения полезного сигнала из шумов, заключающемся в фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, по крайней мере, в одной из областей частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, из входного сигнала выделяют путем фильтрации не менее одного дополнительного сигнала, с помощью которого формируют компенсирующий сигнал, который затем вычитают из сигнала, полученного в результате фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала.

Указанный технический результат также достигается тем, что в устройство для выделения полезного сигнала из шумов, содержащем источник входного сигнала, подключенный к входу основного фильтра, предназначенного для выделения сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, дополнительно вводится блок дополнительных фильтров, предназначенных для выделения дополнительных сигналов в областях частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, а также вводится блок обработки сигналов.

Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемого изобретения, позволяет установить, что заявителем не обнаружены технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных (по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату) отличительных признаков в заявляемом объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованиям «новизна» по действующему законодательству.

Сведений об известности отличительных признаков в совокупности признаков известных технических решений с достижением такого же, как у заявляемого изобретения, положительного эффекта не имеется. На основании этого сделан вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Способ выделения полезного сигнала из шумов заключается в следующем.

Из входного сигнала путем фильтрации в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, выделяют сигнал U1. По крайней мере, в одной из областей частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, из входного сигнала путем фильтрации выделяют не менее одного дополнительного сигнала Uд, с помощью которого формируют компенсирующий сигнал Uк, выходной сигнал, Uвых, определяют как:

Одним из вариантов формирования компенсирующего сигнала может быть следующий:

Uк формируют для каждого (q-ого) временного интервала (tq1≤t≤tq2, где t - текущее время, tq1, tq2 - соответственно начало и конец q-ого временного интервала) в виде

где F1 - отклик на единичную функцию (идеальная ступенька), 1(t), (основного) фильтра, применяемого для выделения полезного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, n≥1,

значения ui, ti определяют из решения системы из 2n уравнений вида:

где 2≤k≤2n, F2 - отклик на единичную функцию дополнительного фильтра, применяемого для выделения дополнительного сигнала Uд, δτ=τ21, где τ1, τ2 - соответственно временные задержки сигналов дополнительного и основного фильтров.

Способ выделения полезного сигнала из шумов реализуется с помощью устройства, представленного на фиг.1. Устройство содержит источник входного сигнала 1, подключенный к входу основного фильтра 2, предназначенного для выделения сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала. Устройство дополнительно содержит блок 3 из m (m≥1) дополнительных фильтров (31, 32,…), предназначенных для выделения дополнительных сигналов в областях частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, а также содержит блок обработки сигналов 4. При этом выход основного фильтра 2 и выходы блока 3 дополнительных фильтров подключены к входам блока 4 обработки сигналов, выход которого является выходом устройства.

Основной фильтр 2 и фильтры блока фильтров 3 могут быть аналоговыми. Тогда блок 4 обработки сигналов должен иметь в своем составе многоканальный аналого-цифровой преобразователь.

На выходе источника входного сигнала 1 может быть аналого-цифровой преобразователь. Тогда фильтры 2, 3 будут цифровыми.

В качестве блока 4 обработки сигналов может быть использован персональный компьютер или специальный вычислитель, выполненный, например, на основе микроконтроллеров.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода источника 1 входных сигналов (аналоговый или цифровой в зависимости от наличия или отсутствия аналого-цифрового преобразователя в блоке 1) поступает на вход фильтра 2 и блока фильтров 3. Фильтр 2 путем фильтрации в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, выделяет сигнал U1. Фильтры блока 3 выделяют из входного сигнала путем фильтрации в области частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, дополнительные сигналы, которые поступают в блок 4 обработки сигналов. Если в блоке 3 всего один фильтр, то в блоке 4 на ограниченном временном интервале (q - интервал) определяются ui, ti в соответствии с выражением (3). Следует отметить, что коэффициенты передачи фильтров 2 и 3 должны быть заранее «выровнены» по максимальному значению коэффициента передачи. Для этого при предварительной настройке устройства на входы фильтров 2, 3 подают сигнал в виде ступеньки (соответствует единичной функции, l(t)) и определяют коэффициент k, при котором максимальное отклонение сигнала от 0 на выходе фильтра 3 совпадает с максимальным отклонением сигнала от 0 на выходе фильтра 2. Значение k учитывается в значениях F2. Сигнал компенсации Uк определяется в соответствии с выражением (2). Выходной сигнал Uвыx формируют в соответствии с выражением (1).

Применение изобретения позволяет повысить отношение сигнал/шум в приборах и различной аппаратуре за счет ослабления шума в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов. Издательство Энергоатомиздат, 1990 г.

2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы - М.: Сов. Радио, 1986.

1. Способ выделения полезного сигнала из шумов, заключающийся в фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, отличающийся тем, что, по крайней мере, в одной из областей частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, из входного сигнала выделяют путем фильтрации не менее одного дополнительного сигнала Uд, с помощью которого формируют компенсирующий сигнал Uк, выходной сигнал, Uвых, определяют как:
Uвых=U1-Uк,
где U1 - сигнал, полученный в результате фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компенсирующий сигнал Uк формируют для каждого (q-го) временного интервала (tq1≤t≤tq2, где t - текущее время; tq1, tq2 - соответственно начало и конец q-го временного интервала) в виде:

где F1 - отклик на единичную функцию, l(t), (основного) фильтра, применяемого для выделения полезного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, n≥1,
значения ui, ti из решения системы из 2n уравнений вида:

где 2≤k≤2n, F2 - отклик на единичную функцию дополнительного фильтра, применяемого для выделения дополнительного сигнала Uд, δτ=τ21, где τ1, τ2 - соответственно временные задержки сигналов дополнительного и основного фильтров.

3. Устройство для выделения полезного сигнала из шумов, содержащее источник входного сигнала, подключенный к входу основного фильтра, предназначенного для выделения сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит блок из m (m≥1) дополнительных фильтров, предназначенных для выделения дополнительных сигналов в областях частот, лежащих за пределом спектра полезного сигнала, а также содержит блок обработки сигналов, при этом выход основного фильтра и выходы блока дополнительных фильтров подключены к входам блока обработки сигналов, выход которого является выходом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в устройствах беспроводной связи. .

Изобретение относится к технике распознавания импульсных радиосигналов и может быть использовано в аппаратуре приема дискретной информации. .

Изобретение относится к области обнаружения узкополосных радиосигналов в условиях априорной неопределенности и может быть использовано на линиях радиосвязи, работающих в условиях воздействия аддитивных шумов.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для создания преднамеренных помех приемным устройствам радиоэлектронных средств, радиолокации и радионавигации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в различной приемопередающей и измерительной аппаратуре. .

Изобретение относится к беспроводной связи. .

Изобретение относится к технике связи и предназначено для работы на летающих объектах в составе передатчиков СВЧ мощности радиолокационных станций, использующих доплеровскую обработку сигналов.

Изобретение относится к телекоммуникационным системам передачи акустических речевых сигналов, например к системам громкоговорящей связи. .

Изобретение относится к технике сверхвысоких частот и может быть использовано в селективных трактах приемных и передающих систем. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение для измерения параметров вибраций в различных отраслях машиностроения. .

Изобретение относится к вибрирующей пластине и к генератору, имеющему такую пластину. .

Изобретение относится к СВЧ электроакустике и является основой для создания стабилизированных генераторов сетки частот, генераторов таймерных импульсов и других СВЧ частотозадающих элементов для средств радиолокации и связи.

Изобретение относится к области акустоэлектроники и может быть использовано при разработке и изготовлении узкополосных фильтров на поверхностных акустических волнах (ПАВ) с низким температурным коэффициентом частоты (ТКЧ).

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может использоваться в устройствах стабилизации частоты кварцевых генераторов. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиосвязи, радиолокации, в диагностических, а также других разнообразных информационных системах передачи, приема и извлечения информации, а именно изобретение может иметь широкий класс применений как при приеме, обнаружении одиночных радиоимпульсов и их разнообразных последовательностей, так и измерении их неизвестных несущих частот.

Изобретение относится к радиоэлектронике, а именно к частотно-избирательным средствам. .

Изобретение относится к области радиоэлектроники. .

Изобретение относится к области электрорадиотехники, к системам беспроводной передачи энергии
Наверх