Способ компенсации узкополосных помех
Владельцы патента RU 2584003:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для выделения сигналов с симметричными спектрами в условиях подавления их узкополосными помехами. Технический результат - расширение области его применения за счет исключения из процедуры формирования спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала операций сложения, вычитания и деления с компонентами комплексного спектра. В способе компенсации узкополосных помех последовательно усиливают аддитивную совокупность полезного сигнала и помех, фильтруют ее в полосе сигнала, дискретизируют и вычисляют комплексный спектр Фурье от полученных временных отсчетов. Затем вычисляют модуль значений комплексного спектра Фурье и его компоненты разделяют на две части относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания. После чего формируют две последовательности, состоящие из модулей спектральных компонентов, причем компонент, соответствующий частоте несущего колебания, не включают ни в одну из последовательностей. Затем вычисляют суммарные величины модулей спектральных компонентов каждой из последовательностей и из последовательности с меньшим суммарным значением формируют зеркальную к ней последовательность. Спектр восстанавливаемой копии полезного сигнала формируют из выбранной последовательности и ее зеркальной копии. А результирующую временную копию полезного сигнала получают путем обратного преобразования Фурье. 5 ил.
Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для выделения сигналов с симметричными спектрами (зеркальными по отношению к их несущим частотам) в условиях подавления их узкополосными помехами.
Известны способ компенсации внутриканальных аддитивных радиопомех в приемниках амплитудно-модулированных, частотно-фазоманипулированных радиосигналов и устройство для его осуществления (по заявке на изобретение «Способ компенсации внутриканальных аддитивных радиопомех в приемниках амплитудно-модулированных, частотно-фазоманипулированных радиосигналов и устройство для его осуществления», №961910435 от 24.01.1996), в котором производят выделение компенсирующего сигнала помехи из принимаемой смеси полезного сигнала и сигнала помехи путем формирования отсчетов сигнала помехи в моменты нулевых значений полезного сигнала в принимаемой аддитивной смеси.
Недостатком известного способа является необходимость знания реальной фазы сигнала для осуществления синхронизации. Однако дополнительное применение схемы синхронизации приводит к существенному усложнению реализации способа.
Известен способ компенсации помех (Семенов Б.А. «Алгоритм компенсации помех, отличающихся от полезного сигнала симметрией спектров» в сборнике трудов VI Международной конференции «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 25-27 апреля 2000, т. 2. - С. 996-1002), в котором проводят дискретизацию смеси сигнала и помехи в нулевых и экстремальных точках несущего колебания сигнала и вычитают модули суммарных спектров дискретизированных сигнала и помехи, соответственно построенных по временным отсчетам в точках экстремумов сигнала и по временным отсчетам н нулевых точках сигнала.
Недостатком известного способа является невозможность его реализации в условиях нестационарного по фазе канала и снижение эффективности при расширении спектра сигнала.
В качестве прототипа выбран способ компенсации узкополосных помех по патенту РФ №2269201, от 12.02.2004 (опубликован 27.01.2006. Бюл. №3). Способ-прототип заключается в линейном усилении суммы полезного сигнала и помехи, фильтрации в полосе сигнала, дискретизации, формировании комплексного спектра Фурье полученных временных отсчетов, а также перемножении модуля спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала с формированным фазовым множителем и восстановлении копии полезного сигнала путем обратного преобразования Фурье полученного произведения. Причем из сформированного комплексного спектра Фурье формируют зеркальный по отношению к частоте несущего колебания полезного сигнала спектр временных отсчетов, формируют модуль разности разностного спектра, равный модулю разности модулей суммы и разности полученных спектров, а модуль комплексного спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала формируют путем деления модуля разностного спектра на два.
Недостатком способа-прототипа является узкая область его применения, связанная с относительно высоким уровнем искажений в восстановленной копии сигнала, возникающих в результате выполнения операций сложения, вычитания и деления с компонентами комплексного спектра Фурье при реализации процедуры вычисления спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала.
Целью предлагаемого способа является расширение области его применения в результате снижения уровня искажений в восстановленной копии сигнала за счет исключения из процедуры формирования спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала операций сложения, вычитания и деления с компонентами комплексного спектра.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе компенсации узкополосных помех линейно усиливают сумму полезного сигнала и помех, фильтруют в полосе сигнала, дискретизируют, вычисляют комплексный спектр Фурье от полученных временных отсчетов, вычисляют модуль спектра восстановленного сигнала и восстанавливают копии полезного сигнала путем обратного преобразования Фурье. При этом после вычисления комплексного спектра Фурье вычисляют модуль значений комплексного спектра Фурье и его компоненты разделяют на две части относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания. После чего формируют две последовательности, состоящие из модулей спектральных компонентов, причем компонент, соответствующий частоте несущего колебания, не включают ни в одну из последовательностей. Затем вычисляют суммарные величины модулей значений спектральных компонентов каждой из последовательностей, сравнивают вычисленные величины суммарных значений, выбирают последовательность с меньшим суммарным значением. После чего из компонентов выбранной последовательности и формируют зеркальную ей копию относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания, а спектр восстанавливаемой копии полезного сигнала формируют из выбранной последовательности и ее зеркальной копии путем размещения спектральных компонентов последовательностей с двух сторон относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания.
Благодаря новой совокупности существенных признаков в заявляемом способе обеспечивается расширение области его применения за счет исключения из процедуры формирования спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала операций сложения, вычитания и деления с компонентами комплексного спектра и использования для формирования спектра восстанавливаемой копии полезного сигнала только спектральных компонентов, не пораженных помехой.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показаны:
фиг. 1 - временное представление принятой, отфильтрованной в полосе сигнала и линейно усиленной суммы полезного сигнала и помех;
фиг. 2 - модуль от комплексного спектра Фурье суммы полезного сигнала и помех;
фиг. 3 - спектр, сформированный из последовательности S1 (с наименьшим суммарным значением) и последовательности W1, в которой модули спектральных компонентов последовательности S1 сформированы зеркально по отношению к компоненту, соответствующему частоте несущего колебания;
фиг. 4 - временное представление восстановленной копии полезного сигнала;
фиг. 5 - временное представление полезного сигнала (фиг. 5а); временное преставление копии восстановленного полезного сигнала, полученное в результате выполнения процедур в соответствии с заявляемым способом (фиг. 5б); временное представление суммы полезного сигнала и помех (фиг. 5в).
Реализация заявляемого способа поясняется следующим образом.
1. Поступающую совокупность суммы полезного сигнала и помех линейно усиливают, фильтруют в полосе сигнала, дискретизируют, вычисляют комплексный спектр Фурье от полученных временных отсчетов.
Операции линейного усиления суммы полезного сигнала и помехи при приеме, фильтрации в полосе сигнала, дискретизации, вычислении комплексного спектра Фурье от полученных временных отсчетов известны, см. патент РФ №2269201, от 12.02.2004.
В качестве примера на фиг.1 показана принятая, отфильтрованная в полосе сигнала и линейно усиленная временная выборка суммы полезного сигнала и помех.
2. Вычисляют модуль значений комплексного спектра Фурье и его компоненты разделяют на две части относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания.
Операция вычисления модуля значений комплексного спектра Фурье известна, см. патент РФ №2525302 от 14.12.2012.
В качестве примера на фиг. 2 представлен модуль от комплексного спектра Фурье суммы полезного сигнала и помех.
Спектральным компонентом частоты несущего колебания является компонент, расположенный в центре спектральных компонентов спектра, см. Григорьев В.А. Сигналы современных зарубежных систем электросвязи: Учебник. - СПб.: ВАС, 2007. - С. 160-165.
3. Формируют две последовательности, состоящие из модулей спектральных компонентов, причем компонент, соответствующий частоте несущего колебания, не включают ни в одну из последовательностей.
Процедуры формирования последовательностей из модулей спектральных компонентов известны, см. патент РФ №2525302 от 14.12.2012.
В качестве примера на фиг. 2 показаны первая S1 и вторая S2 последовательности, состоящие из модулей компонентов комплексного спектра Фурье суммы полезного сигнала и помех.
4. Вычисляют суммарные величины модулей значений спектральных компонентов каждой из последовательностей.
Операции суммирования модулей значений спектральных компонентов последовательности известны, см. патент РФ №2382495 от 17.02.2009. Указанные операции могут быть рассчитаны для последовательности S1 по формуле
,
где 
- модули текущих значений спектральных компонентов первой последовательности S1; n - текущий индекс значений компонентов в последовательности; N - число компонентов в последовательности.
Для последовательности S2 величина суммы ее компонентов рассчитывается по формуле
,
где 
- модули текущих значений спектральных компонентов второй последовательности S2; n - текущий индекс значений компонентов в последовательности; N - число компонентов в последовательности.
5. Сравнивают вычисленные величины суммарных значений, выбирают последовательность с меньшим суммарным значением.
Операции сравнения величин суммарных значений модулей энергии спектральных компонентов известны, см. патент РФ №2382495 от 17.02.2009.
Для примера, представленного на фиг. 2, последовательностью с наименьшим суммарным значением является последовательность S1, т.к. она не поражена помехами.
6. Из компонентов выбранной последовательности формируют зеркальную ей копию относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания, а спектр восстанавливаемой копии полезного сигнала формируют из выбранной последовательности и ее зеркальной копии путем размещения спектральных компонентов последовательностей с двух сторон относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания.
Для последовательности S1 зеркальной является последовательность W1, в которой модули спектральных компонентов формируют в соответствии с формулой
;
.
В качестве примера на фиг. 3 показан спектр, сформированный из последовательности S1 (с наименьшим суммарным значением) и последовательности W1, состоящей из компонентов последовательности S1, в которой модули спектральных компонентов сформированы зеркально по отношению к компоненту, соответствующему частоте несущего колебания.
7. Восстанавливают копию полезного сигнала путем обратного преобразования Фурье.
Операции восстановления временного представления процесса из его спектрального представления известны, см. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Пер. с англ. - М.: Наука, 1974, с. 148-161.
В качестве примера на фиг.4 показано временное представление восстановленной копии полезного сигнала.
В подтверждении правомерности указанных процедур в заявляемом способе на фиг. 5 показано:
временное представление полезного сигнала (см. фиг. 5а);
временное представление копии восстановленного полезного сигнала, полученное в результате выполнения процедур в соответствии с заявляемым способом (см. фиг. 5б);
временное представление суммы полезного сигнала и помех (см. фиг. 5в).
Визуальный анализ позволяет сделать заключение, что процедуры, предусмотренные заявляемым способом, позволяют очистить полезный сигнал от помех.
Таким образом, в заявляемом способе при его реализации за счет выполнения процедур формирования спектра копии полезного сигнала из спектральных компонентов последовательности, не пораженных помехами, и компонентов этой же последовательности, но зеркально расположенных по отношению к компоненту, соответствующему частоте несущего колебания, не используют операции сложения, вычитания и деления с компонентами комплексного спектра, в результате чего в восстановленной копии сигнала отсутствуют существенные искажения.
Способ компенсации узкополосных помех, заключающийся в линейном усилении суммы полезного сигнала и помех, фильтрации в полосе сигнала, дискретизации, вычислении комплексного спектра Фурье от полученных временных отсчетов, вычислении модуля спектра восстановленного сигнала и восстановлении копии полезного сигнала путем обратного преобразования Фурье, отличающийся тем, что после вычисления комплексного спектра Фурье вычисляют модуль значений комплексного спектра Фурье и его компоненты разделяют на две части относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания, после чего формируют две последовательности, состоящие из модулей спектральных компонентов, причем компонент, соответствующий частоте несущего колебания, не включают ни в одну из последовательностей, затем вычисляют суммарные величины модулей значений спектральных компонентов каждой из последовательностей, сравнивают вычисленные величины суммарных значений, выбирают последовательность с меньшим суммарным значением, после чего из компонентов выбранной последовательности и формируют зеркальную ей копию относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания, а спектр восстанавливаемой копии полезного сигнала формируют из выбранной последовательности и ее зеркальной копии путем размещения спектральных компонентов последовательностей с двух сторон относительно компонента, соответствующего частоте несущего колебания.
