Способ корреляционной обработки смеси гармонического сигнала с шумом


 


Владельцы патента RU 2490701:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" (RU)

Изобретение относится к области обработки данных и может быть использовано для выделения гармонического сигнала на фоне помех и измерения его частоты. Техническим результатом является увеличение отношения сигнал/шум в получаемых корреляционных функциях и выделение гармонического сигнала в анализируемой смеси при меньших отношениях сигнал/шум. Способ содержит этапы: представляют смесь массивом равноотстоящих по времени цифровых кодов, получают первичную корреляционную функцию массива, отсекают от неё конечный участок и получают из оставшейся части вторичную корреляционную функцию, аналогично формируют последующие корреляционные функции либо до выделения гармонического сигнала в очередной корреляционной функции, либо до недопустимого уменьшения ее длительности после очередного отсечения, упомянутый массив цифровых кодов считают первым, разворачивают его в обратной последовательности и считают вторым, формируют взаимно корреляционные функции ВКФ11 первого массива со вторым и ВКФ12 второго массива с первым, отсекают от них конечные участки, используют их оставшиеся части для формирования взаимно корреляционной функций ВКФ21 между ВКФ11 и ВКФ12 и ВКФ22 между ВКФ12 и ВКФ11; из вторичных взаимно корреляционных функций ВКФ21 и ВКФ22 аналогично получают последующие ВКФ.

 

Предполагаемое изобретение относится к технике корреляционной обработки смесей сигнала и шума и может быть использовано для выделения гармонического сигнала на фоне помех и измерения его частоты.

Известен способ корреляционной обработки, реализованный в обнаружителе сигналов (Вольфовский Б.Н., Голотвин К.Г. Обнаружитель сигналов // Авторское свидетельство СССР №885948. Опубл. в Б.И. №44. 1981 г) и заключающийся в том, что смесь гармонического сигнала с шумом представляют и в аналоговой форме и массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, которые умножают на аналоговые значения смеси; полученные парные произведения смеси и его задержанной копии, накапливают и усредняют, формируя, тем самым, оценки ординат автокорреляционной функции; последнюю анализируют на наличие гармонического сигнала.

Признаками аналога, совпадающими с признаками предполагаемого изобретения, являются: представление смеси массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, получение первичной (КФ1) корреляционной функции и анализ последней на наличие гармонического сигнала.

Недостаток этого способа состоит в том, что возможности выделения гармонического сигнала (в анализируемой смеси сигнала с шумом) по первичной автокорреляционной функции (АКФ1) ограничены не только отношением сигнал/шум в упомянутой смеси, но и ее (смеси) длительностью и, как следствие, длительностью АКФ1.

Известен также способ корреляционной обработки, реализованный в корреляционном обнаружителе (Вольфовский Б.Н., Васильев Н.А. Корреляционный обнаружитель // Авторское свидетельство СССР №523419. Опубл. в Б.И. №28. 1976 г) и заключающийся в том, что смесь гармонического сигнала с шумом представляют массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, получают первичную (АКФ1) автокорреляционную функцию массива, отсекают начальный участок этой функции (длительностью не меньше абсолютного интервала корреляции шума) и получают из оставшейся части вторичную (АКФ2) автокорреляционную функцию, аналогично отсекают ее начальный участок и аналогично получают третичную (АКФ3), четвертичную (АКФ4) и последующие автокорреляционные функции, формирование которых продолжают либо до выделения гармонического сигнала в очередной автокорреляционной функции, либо до тех пор, пока ее длительность, после отсечения начального участка, недопустимо уменьшится.

В данном случае, признаками аналога, совпадающими с признаками предполагаемого изобретения, являются представление смеси массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, получение первичной (КФ1) корреляционной функции массива, отсечение от КФ1 участка этой функции и получение из оставшейся части вторичной (КФ2) корреляционной функции, отсечение участка КФ2 и аналогичное описанному получение третичной (КФ3), четвертичной (КФ4) и последующих корреляционных функций, формирование которых продолжается либо до выделения гармонического сигнала в очередной корреляционной функции, либо до тех пор, пока ее длительность, после очередного отсечения участка, недопустимо уменьшится.

Недостаток этого способа-аналога состоит в том, что в нем, перед очередным циклом корреляционной обработки, предусмотрено отсечение только начального участка корреляционной функции (ибо в нем сосредоточена большая часть энергии шума) и не предусмотрено отсечение конечного участка той же функции; участка, на котором дисперсия ее значений велика, из-за того, что при формировании этого участка используется для усреднения малое число парных произведений.

Наиболее близок к заявляемому способу по технической сути способ, описанный в статье (Вольфовский Б.Н. Многократная автокорреляционная обработка и ее возможности по обнаружению гармонического сигнала в смеси сигнала с шумом, http://counter-terrorism.narod.ru/magazine1/wolf-1.htm) и заключающийся в том, что смесь гармонического сигнала с шумом представляют массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, получают первичную (АКФ1) автокорреляционную функцию массива, отсекают ее начальный участок (длительностью не меньше абсолютного интервала корреляции шума) и конечный участок и получают из оставшейся части вторичную (АКФ2) автокорреляционную функцию, аналогично отсекают ее начальный и конечный участки и аналогично получают третичную (АКФ3), четвертичную (АКФ4) и последующие автокорреляционные функции, формирование которых продолжают либо до выделения гармонического сигнала в очередной автокорреляционной функции, либо до тех пор, пока ее длительность, после отсечения начального участка, недопустимо уменьшится.

Признаки, совпадающие с признаками предполагаемого изобретения: представление смеси массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, получение первичной (КФ1) корреляционной функции массива, отсечение от нее конечного участка и получение из оставшейся части вторичной (КФ2) корреляционной функции, отсечение конечного участка этой функции и аналогичное описанному получение третичной (КФ3), четвертичной (КФ4) и последующих корреляционных функций, формирование которых продолжают либо до выделения гармонического сигнала в очередной корреляционной функции, либо до тех пор, пока ее длительность, после очередного отсечения, недопустимо уменьшится.

Недостаток способа-прототипа состоит в вынужденном отсечении начального участка корреляционной функции (длительностью не меньше абсолютного интервала корреляции шума). Такое отсечение целесообразно, поскольку в отсекаемом участке сосредоточена большая часть энергии шума и сильны корреляционные связи шума.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является сохранение начального участка корреляционной функции, увеличение, благодаря этому, ее длительности, и, как следствия: увеличение отношения сигнал/шум в получаемых корреляционных функциях и выделение гармонического сигнала при меньших, чем у прототипа, отношениях сигнал/шум в анализируемой смеси гармонического сигнала и шума.

Этот технический результат достигается тем, что упомянутый (далее первый) массив разворачивают задом наперед (т.е. последний код массива делают первым, предпоследний - вторым, и т.д., а первый - последним) и считают вторым, формируют взаимно-корреляционную функцию (ВКФ11) первого массива со вторым и взаимно-корреляционную функцию (ВКФ12) второго массива с первым, далее, после отсечения от этих (первичных) ВКФ конечных участков, используют оставшиеся части для формирования взаимно-корреляционной функции (ВКФ21) между ВКФ11 и ВКФ12 и взаимно-корреляционной функции (ВКФ22) между ВКФ12 и ВКФ11; вторичные ВКФ (ВКФ21 и ВКФ22) аналогично описанному, после отсечения их конечных участков, используют для получения третичных (ВКФ31 и ВКФ32), четвертичных (ВКФ41 и ВКФ42) и последующих ВКФ.

Для достижения технического результата в способе корреляционной обработки смеси гармонического сигнала с шумом, заключающемся в том, что используют: представление смеси массивом равноотстоящих (по времени) цифровых кодов, получение первичной (КФ1) корреляционной функции массива, отсечение от нее конечного участка и получение из оставшейся части вторичной (КФ2) корреляционной функции, отсечение конечного участка этой функции и аналогичное описанному получение третичной (КФ3), четвертичной (КФ4) и последующих корреляционных функций, формирование которых продолжают либо до выделения гармонического сигнала в очередной корреляционной функции, либо до тех пор, пока ее длительность, после очередного отсечения, недопустимо уменьшится, упомянутый (далее первый) массив разворачивают задом наперед (т.е. последний код массива делают первым, предпоследний - вторым, и т.д., а первый - последним) и считают вторым, формируют взаимно-корреляционную функцию (ВКФ11) первого массива со вторым и взаимно-корреляционную функцию (ВКФ12) второго массива с первым, далее, после отсечения от этих (первичных) ВКФ конечных участков, используют оставшиеся части для формирования взаимно-корреляционной функции (ВКФ21) между ВКФ11 и ВКФ12 и взаимно-корреляционной функции (ВКФ22) между ВКФ12 и ВКФ11; вторичные ВКФ (ВКФ21 и ВКФ22) аналогично описанному, после отсечения их конечных участков, используют для получения третичных (ВКФ31 и ВКФ32), четвертичных (ВКФ41 и ВКФ42) и последующих ВКФ.

Сравнение предлагаемого способа с прототипом показывает, что он содержит новые признаки, т.е. соответствует критерию новизны. Из сравнения с аналогами, следует, что заявляемый способ соответствует критерию «существенные отличия», так как в аналогах не обнаружены новые заявляемые признаки.

Для доказательства существования причинно-следственной связи между заявляемыми признаками и достигаемым техническим результатом рассмотрим сущность предлагаемого способа корреляционной обработки смеси гармонического сигнала с шумом и сопоставим его со способом-прототипом и способами-аналогами.

Как известно, (см. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Часть I, издательство "Советское Радио" М., 1967) автокорреляционные функции (АКФ) гармонического сигнала и шума существенно различны. АКФ гармонического сигнала представляет собой тот же (той же частоты) гармонический сигнал на всем протяжении оси задержек. А вот форма АКФ шума существенно неравномерна. Так большая часть энергии АКФ шума сосредоточена в области малых задержек; при нулевой задержке значение АКФ шума равно дисперсии шума, а с увеличением задержки корреляционные связи шума ослабевают.

В связи с сказанным, АКФ смеси гармонического сигнала и шума (далее первичную АКФ) можно рассматривать как новую реализацию смеси гармонического сигнала и шума, в которой роль гармонического сигнала играет АКФ сигнала, а роль шума: АКФ шума, ВКФ сигнала с шумом и ВКФ шума с сигналом. Отличие первичной АКФ от упомянутой смеси сигнала и шума состоит в том, что в АКФ изменилось отношение сигнал/шум по сравнению со смесью. Так в области малых задержек отношение сигнал/шум уменьшилось из-за сосредоточения в этой области большей части энергии шума, а в области средних и больших задержек названное отношение увеличилось.

Поскольку первичная АКФ сохраняет в себе информацию о сигнале, то к ней также как и к исходной смеси сигнала с шумом можно применить автокорреляционную обработку (АКО) и получить в ее результате вторичную (и последующие) АКФ, содержащие в себе (по аналогии; как и первичная АКФ) информацию и о сигнале и о шуме. Очевидно, (это следует из предыдущего абзаца) перед АКО первичной АКФ от нее целесообразно отсечь начальный участок, поскольку на нем уменьшилось отношение сигнал/шум. Точно также целесообразно предусмотреть отсечение конечного участка АКФ; участка, на котором дисперсия значений АКФ велика, из-за того, что при его формировании используется для усреднения малое число парных произведений.

Отметим, что малым задержкам АКФ соответствуют сильные корреляционные связи шума. Именно из-за этого в области малых задержек концентрируется большая часть энергии шума. Если корреляционные связи шума существенно ослабить, то энергия шума при малых задержках существенно уменьшится и отношение сигнал/шум на начальном участке АКФ возрастет. В результате, этот участок станет целесообразен для АКО.

Для ослабления корреляционных связей шума при малых задержках и достижения указанного эффекта в предполагаемом изобретении предлагается формировать не АКФ, а ВКФ; вначале между исходной смесью сигнала с шумом и этой же смесью развернутой задом наперед, а затем - между получаемыми первичной, вторичной и последующими взаимно-корреляционными функциями. Такой подход в принципе максимально ослабляет корреляционные связи шума и делает ненужным отсечение начального участка АКФ перед очередной АКО. Сохранение начального участка позволит: увеличить длительность корреляционной функции, а это, в свою очередь, увеличит отношение сигнал/шум в корреляционных функциях и позволит выделять гармонический сигнал при меньших, чем у прототипа, отношениях сигнал/шум.

Внедрение заявляемого способа позволит выделять гармонический сигнал и измерять его частоту при меньших чем в способе-прототипе отношениях сигнал/шум в анализируемой смеси сигнала с шумом.

Способ корреляционной обработки смеси гармонического сигнала с шумом, использующий: представление смеси массивом равноотстоящих по времени цифровых кодов, получение первичной корреляционной функции массива, отсечение от нее конечного участка и получение из оставшейся части вторичной корреляционной функции, отсечение конечного участка этой функции и аналогичное описанному получение третичной, четвертичной и последующих корреляционных функций, формирование которых продолжают либо до выделения гармонического сигнала в очередной корреляционной функции, либо до тех пор, пока ее длительность после очередного отсечения недопустимо уменьшится, отличающийся тем, что упомянутый массив цифровых кодов считают первым и разворачивают его в обратной последовательности, т.е. последний код массива делают первым, предпоследний - вторым, а первый - последним; сформированный таким образом массив считают вторым, формируют взаимно-корреляционную функцию ВКФ11 первого массива со вторым и взаимно-корреляционную функцию ВКФ12 второго массива с первым, далее после отсечения от первичных ВКФ11 и ВКФ12 конечных участков, используют их оставшиеся части для формирования взаимно-корреляционной функции ВКФ21 между ВКФ11 и ВКФ12 и взаимно-корреляционной функции ВКФ22 между ВКФ12 и ВКФ11; вторичные взаимно-корреляционные функции ВКФ21 и ВКФ22 аналогично описанному после отсечения их конечных участков используют для получения третичных ВКФ31 и ВКФ32, четвертичных ВКФ41 и ВКФ42 и последующих взаимно-корреляционных функций.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам кодирования, декодирования и преобразования кода для обнаружения и исправления ошибок. .

Изобретение относится к специализированным средствам обработки сигналов и может быть использовано при построении систем извлечения координатно-временной информации, принцип действия которых основан на определении временного сдвига между принимаемыми сигналами.

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для интегральной оценки частотных искажений, вносимых четырехполюсниками в исходный случайный сигнал с нормальным распределением.

Изобретение относится к устройствам оптимального приема псевдошумовых сигналов с помощью согласованных фильтров. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для алгоритмического диагностирования и компенсации срыва процесса автоматического сопровождения объекта телевизионным следящим устройством корреляционного типа.

Изобретение относится к области технологий компьютерного тестирования при обучении и подготовке специалистов для различных отраслей знаний и специальностей в условиях, когда обучающийся и обучающий лишены возможности прямого контакта.

Изобретение относится к области радиотехники и может применяться для обнаружения сложных сигналов в тех радиотехнических системах, в которых нет возможности быстро изменять фазу сигнала.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к области оптимального приема псевдошумовых сигналов. .

Изобретение относится к области навигационной техники и может быть использовано для создания датчиков перемещения и скорости. .

Изобретение относится к специализированным вычислительным устройствам, предназначенным для определения корреляционных функций случайных процессов. .

Изобретения относятся к области обработки сигналов и могут быть использованы для определения взаимной корреляции между двумя сигналами. Техническим результатом является уменьшение шумов. Способ, реализуемый с использованием компьютера, включает: разделение первого сигнала на более короткие сегменты длиной М; осуществление взаимной корреляции сегментов первого сигнала со вторым сигналом с получением в результате множества частичных взаимных корреляционных функций; получение комбинированной взаимной корреляционной функции путем комбинирования частичных взаимных корреляционных функций; применение способа обнаружения выбросов или удаления выбросов для нахождения или удаления сегментов с искажениями или дефектами, который включает сравнение отдельных частичных взаимных корреляционных функций с комбинированной частичной взаимной корреляционной функцией с целью проверки согласия частичной взаимной корреляции с указанной комбинированной взаимной корреляционной функцией; повторное комбинирование указанных частичных взаимных корреляционных функций с исключением тех, которые на основании указанной проверки согласия были найдены содержащими искажения или дефекты, с получением в результате окончательной взаимной корреляционной функции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к специализированным устройствам извлечения информации и служит для измерения временных сдвигов между случайными аналоговыми сигналами. Техническим результатом является структурное упрощение и повышение надежности корреляционного измерителя. Указанный измеритель временных сдвигов содержит входной аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два регистра, перемножитель, оперативное запоминающее устройство, сумматор, блок поиска экстремума и блок управления. Особенностью измерителя является применение для совместной обработки двух аналоговых сигналов только одного аналого-цифрового преобразователя, отсутствие компенсирующей линии задержки и наличие только одного сумматора многоразрядных операндов. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к специализированным устройствам извлечения информации и служит для измерения временных сдвигов между случайными аналоговыми сигналами. Техническим результатом является структурное упрощение корреляционного измерителя. Корреляционный измеритель содержит входной аналоговый мультиплексор, аналого-цифровой преобразователь, два регистра, перемножитель, цифровой мультиплексор, оперативное запоминающее устройство, сумматор, блок сравнения, блок управления и связи между элементами. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области моделирования нефтегазовых месторождений. Сущность: определяют решетку модели с заданным шагом и предельно допустимой величиной на координатной сетке (1). Задают управляющие параметры поверхностей относительно шага решетки (2). Определяют набор поверхностей решетки относительно ее шага (3). Определяют область, в которой определена поверхность, и добавляют узлы решетки, в которых поверхность не определена (4). Задают параметры кубов сейсмических атрибутов - p, q, задают координаты вновь добавленного узла - X, Y, задают координаты соседнего узла - x, y, в котором поверхность определена, и задают параметр глубины поверхности в этом узле - z (x, y) (5). Упорядочивают глубины поверхностей в указанном узле решетки по возрастанию и назначают глубину i-й поверхности в этом узле равной i-й по порядку глубине (6). Определяют поверхности для обработки (7). Определяют функционалы и градиенты поверхностей для обработки (8). Определяют величину текущего шага смещения вдоль градиента (9). Определяют для каждой обрабатываемой поверхности с помощью величины шага смещения градиента, для какого по счету шага достигается минимальное значение функционала (10). Когда для каждой обрабатываемой поверхности минимальное значение функционала меньше шага смещения градиента, то производят смещение вдоль градиента на найденное количество шагов (11). Сохраняют в памяти величину сделанного смещения и определяют максимум сделанных смещений (12). Исключают временно из обработки поверхности, для которых достигнуто уменьшение функционала (13). Определяют поверхности, для которых не удалось уменьшить функционал, и, когда такие поверхности определены, то повторяют этапы 7-13 (14). Повторно упорядочивают глубины определенных на указанном узле решетки поверхностей по возрастанию и назначают глубину i-й поверхности в этом узле равной i-й по порядку глубине (15). Определяют значения текущих шагов решетки по обновленным данным поверхностей (16). Итеративно повторяют все этапы способа до тех пор, пока не будет получена модель с заданными на этапах 1 и 2 параметрами (17). Технический результат: повышение точности построения геолого-гидродинамической модели нефтегазового месторождения. 3 н.п.ф-лы, 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к способу, устройству и машиночитаемому носителю данных, предназначенным для построения геологической модели нефтяного или иного месторождения, в частности, для определения коэффициентов корреляции для комплекса кривых ГИС и нахождения положений глубин маркера, для которых значение коэффициента корреляции является максимальным. Техническим результатом является повышение точности вычислений параметров, используемых при построении геологической модели расположения нефтяных или иных месторождений. Метод позволяет для маркера, уже имеющего отметки на некоторой, называемой опорной, группе скважин, вычислить их для скважин из другой группы. Для каждой скважины W, на которой ищется значение глубины маркера, выбираются скважины опорной группы, отстоящие от скважины W на заданном расстоянии, и среди них выбирается скважина с наибольшим значением коэффициента корреляции, при этом точка, в которой этот максимум достигается, назначается искомой отметки маркера. С помощью проверяющих тестов осуществляют поиск скважин, в которых функция корреляции меньше, чем максимальное значение коэффициента корреляции, а коэффициент качества корреляции больше, чем максимальное значение коэффициента корреляции. После чего добавляют найденную скважину к опорной группе скважин. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к способу, устройству и машиночитаемому носителю данных, используемых при построении геологической модели нефтяного или иного месторождения. Технический результат - повышение точности вычислений параметров, используемых при построении геологической модели расположения нефтяных или иных месторождений. Изобретение позволяет для маркеров, выбранных в качестве начального решения, вычислить такие глубины маркера на каждой скважине, которые обеспечивают наилучшую суммарную корреляцию. Для каждого маркера, входящего в набор, определяется функционал, представляющий собой сумму коэффициентов корреляции комплекса методов ГИС для пар скважин, расположенных не далее заданного расстояния друг от друга. Для этого функционала вычисляются частные производные ,и полученный таким образом вектор сглаживается и используется для нахождения большего значения функционала на некотором отрезке вдоль этого вектора. Если большего значения не найдено, то последнее положение отметок маркера считается решением задачи, а если найдено, то производится сглаживание точки решения и процесс повторяется снова. На каждой итерации алгоритма производится сортировка глубин маркеров. 3 н.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к корреляционному устройству. Технический результат заключается в повышении быстродействия определения времени задержки. Корреляционное устройство содержит два регистра сдвига, блок сравнения, два триггера, счетчик, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, элемент И, генератор тактовых импульсов и двухканальный трехразрядный мультиплексор. 1 ил.

Изобретение относится к технике цифровой связи и может быть использовано для синхронизации канала управления динамического мультиплексора с временным или кодовым разделением каналов. Техническим результатом является сокращение интервала времени входа в синхронизм канала управления динамического мультиплексора с временным или кодовым разделением каналов за счет параллельного обнаружения команд канала управления, а именно синхрослова, команд включения и выключения каналов, команд активности каналов, при динамическом изменении длины цикла синхронизации канала управления. Устройство содержит схемы ИЛИ, триггер, регистры, регистры сдвига, генератор тактовой частоты, схемы сложения по модулю два, программируемый счетчик, контроллер, счетчики. 2 ил.

Изобретение относится к области медицины, в частности эпидемиологии, и предназначено для определения границ природных очагов биогельминтозов с использованием генетических маркеров. На обследуемых территориях отлавливают рыбу из различных районов речного бассейна. Из выловленной рыбы производят забор мышечной ткани в области спинного плавника. Мышечную ткань гомогенезируют до получения однородной массы, отбирают супернатант, проводят разделение белков методом вертикального электрофореза и выявляют полиморфные белковые фракции. По каждой выявленной полиморфной белковой фракции проводят расчет популяционно-генетических параметров и определяют генетический маркер и показатель индекса генетического подобия (или сходства Нея), одновременно в исследуемых особях выявляют наличие гельминтов, а также определяют уровень инвазии. По сходству и различию популяционно-генетических параметров в пределах обследуемых территорий отслеживают возможные границы природных очагов биогильментозов. Изобретение позволяет эффективно определять границы природных очагов биогельминтозов и осуществлять противоэпидемические мероприятия среди населения. 8 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

Изобретение относится к средствам обработки функции автокорреляции для измерения основного тона речевого сигнала и может быть использовано в области обработки сигналов, в системах распознавания речи. Технический результат заключается в повышении надежности измерения частоты основного тона речевого сигнала. Подчеркивают главный пик в автокорреляционной функции с помощью вычитания из автокорреляционной функции, полученной для сегмента сигнала, меньшей по амплитуде сглаженной функции автокорреляции для модуля сигнала на том же сегменте и обнуления отрицательных разностей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх