Способ выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную составляющую и шум

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат – повышение эффективности выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную информацию и шум, которые находятся в одном и том же частотном диапазоне, за счет уменьшения или полного устранения искажения формы полезного сигнала одновременно с повышением отношения сигнал/шум. Способ содержит этапы, на которых из входного сигнала выделяют корректирующий сигнал посредством определения периода следования точек во входном сигнале, которые не связаны с полезной составляющей сигнала, выполняют аппроксимацию промежуточных значений, масштабируют корректирующий сигнал и итерационно вычитают корректирующий сигнал из входного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники - к способам выделения полезного сигнала из входного сигнала, содержащего как полезную составляющую, так и шум. Оно может быть использовано в различных системах фильтрации сигнала в условиях априорной неопределенности.

Известен способ адаптивного и согласованного подавления флуктуационных шумов и сосредоточенных помех, заключающийся в том, что по команде управления устанавливаются необходимые параметры каждой из М антенн приемника широкополосного сигнала (ШПС) и режимы обработки сигнала, далее выполняется многократное преобразование входного сигнала с помощью различных методов (преобразование несущей частоты выходного аналогового широкополосного радиосигнала каждой из М антенн на промежуточную частоту; аналого-цифровое преобразование выходного аналогового широкополосного сигнала каждой из М антенн; перенос на более низкую промежуточную частоту последовательности временных отсчетов оцифрованных с заданной тактовой частотой выходных аналоговых широкополосных сигналов на промежуточной частоте, принятых каждой из М антенн, в максимально возможной заданной полосе входного широкополосного сигнала; преобразование в частотную область текущих временных отсчетов очищенного от помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте путем применения процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ); преобразование во временную область текущих частотных отсчетов скорректированного спектра дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на соответствующей тактовой частоте путем применения процедуры обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ); цифроаналоговое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте; аналого-цифровое преобразование очищенных от сосредоточенных во времени помех квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте, затем используется бланкирование сосредоточенных во времени помех в квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте [1].

Первый недостаток этого способа заключается в том, что для его реализации необходимо по команде управления установить необходимые параметры каждой из М антенн приемника ШПС и режимов обработки сигнала, что обуславливает необходимость предварительной настройки устройства, реализующего этот способ, и, следовательно, снижает эффективность применения этого способа.

Второй недостаток этого способа заключается в том, что этот способ предполагает многократное преобразование входного сигнала с помощью различных методов, что приводит к искажению формы полезного сигнала, повышению сложности устройства, реализующего этот способ, и, следовательно, снижению эффективности применения этого способа.

Третий недостаток этого способа заключается в том, что используется бланкирование сосредоточенных во времени помех в квадратурных составляющих дополнительно очищенного от узкополосных помех оцифрованного с заданной тактовой частотой выходного аналогового широкополосного сигнала на промежуточной частоте в сформированной рабочей полосе пропускания канала на текущей тактовой частоте, что, помимо искажения формы полезного сигнала, приводит к снижению помехоустойчивости приема сообщений при уровнях импульсной помехи, сравнимых с уровнем сигнала, и, следовательно, снижению эффективности применения этого способа.

Четвертый недостаток этого способа заключается в том, что он предполагает работу исключительно с цифровыми сигналами, что существенно ограничивает область применения этого способа.

Известен также 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, Uвыx, определяют как: Uвых=U1-UK, где U1 - сигнал, полученный в результате фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующих спектру полезного сигнала [2].

Этот способ выбран в качестве прототипа предложенного решения.

Первый недостаток этого способа заключается в том, что он не учитывает возможность искажения формы полезного сигнала в результате реализации этого способа, а имеет своей целью улучшение только одного параметра (повышение отношения сигнал/шум), что существенно ограничивает область применения этого способа.

Второй недостаток этого способа заключается в том, что для его реализации коэффициенты передачи всех используемых фильтров должны быть заранее «выровнены» по максимальному значению коэффициента передачи, что обуславливает необходимость предварительной настройки устройства, реализующего этот способ, и, следовательно, снижает эффективность применения этого способа.

Третий недостаток этого способа заключается в том, что для его реализации необходимо использовать блок дополнительных фильтров, что повышает сложность устройства, реализующего этот способ, и, следовательно, снижает эффективность применения этого способа.

Задача изобретения - повышение эффективности выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную составляющую и шум, которые находятся в одном и том же частотном диапазоне, за счет уменьшения или полного устранения искажения формы полезного сигнала одновременно с повышением отношения сигнал/шум.

Это достигается тем, что в способе выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную составляющую и шум, заключающемся в фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующей спектру полезного сигнала, во входном сигнале определяются такие значения, которые не имеют отношения к полезной составляющей сигнала и, следовательно, подлежат удалению. Между найденными значениями путем аппроксимации линейной функцией определяются промежуточные значения. Полученные таким образом значения вместе образуют корректирующий сигнал, который масштабируется и итерационно вычитается из входного сигнала.

Способ выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную составляющую и шум, реализуется следующим образом. Входной сигнал пропускают через фильтр низких частот с граничной частотой fгр и определяют период следования точек, которые не связаны с полезной составляющей сигнала с помощью выражения:

где:

Н(n)=K⋅rms3(ξ)-2.038⋅10-4rms2(ξ)+4.157⋅10-4rms(ξ)-4.617⋅10-5;

rms(ξ) - величина среднеквадратичного отклонения входного сигнала;

N(ω) - спектральная плотность мощности входного сигнала;

K - масштабный коэффициент.

Затем с помощью линейной функции выполняется аппроксимация промежуточных значений и полученный таким образом корректирующий сигнал масштабируется и итерационно вычитается из входного сигнала.

Как пример, рассмотрим, в качестве полезной составляющей сигнала, смесь из 3 синусоидальных сигналов смещение нуля, амплитуда, частота и фаза каждого из которых были заданы случайным образом. Добавим к указанной полезной составляющей сигнала шум и рассчитаем период следования точек, которые не связаны с полезной составляющей сигнала с помощью выражения (1). Затем выполним аппроксимацию промежуточных значений, масштабируем полученный корректирующий сигнал путем умножения каждого его значения на масштабный коэффициент, равный 1/10000, и итерационно вычтем из входного сигнала.

На фиг. 1 представлен результат применения способа для описанных выше условий. В данном случае отношение сигнал/шум повысилось на 10% и при этом не наблюдается искажение формы сигнала, наоборот, на отдельных участках можно видеть, что форма результирующего сигнала (штрихпунктирная линия) приближается к форме полезной составляющей сигнала (сплошная линия) относительно входного сигнала (штриховая линия).

Источники информации

1. Патент РФ №2539573.

2. Патент РФ №2480897 - прототип.

1. Способ выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную составляющую и шум, заключающийся в фильтрации входного сигнала в области частот, соответствующей спектру полезной составляющей сигнала, отличающийся тем, что из входного сигнала выделяется корректирующий сигнал посредством определения периода следования точек во входном сигнале, которые не связаны с полезной составляющей сигнала, выполнения аппроксимации промежуточных значений, масштабирования корректирующего сигнала и итерационного вычитания корректирующего сигнала из входного сигнала.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что период следования точек, которые не связаны с полезной составляющей сигнала, определяется с помощью выражения:

,

где

,

rms(ξ) - величина среднеквадратичного отклонения исходного сигнала;

N(ω) - спектральная плотность мощности исходного сигнала;

К - масштабный коэффициент.



 

Похожие патенты:

Предлагаемое устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в различных устройствах селекции и обработки сигналов, применяемых в аппаратуре связи.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в информационных системах передачи, приема, извлечения информации. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости фильтрации и обнаружение флуктуирующей пачки радиоимпульсов на фоне шума, обнаружение более широкого класса импульсных сигналов.

Полосовой перестраиваемый LC-фильтр относится к радиоэлектронике и может быть использован для частотной селекции сигналов в аппаратуре связи. Достигаемый технический результат - получение более высокой избирательности и расширение функциональных возможностей путем обеспечения возможности перестройки по частоте.

Заявленное устройство относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве входных селектирующих цепей профессиональных радиоприемных устройств. Технический результат - улучшение коэффициента стоячей волны на входе полосовой цепи в полосах задерживания.

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

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 радиотехнике, а конкретно к электрическим фильтрам с механическими резонаторами (ЭМФ). .

Изобретение относится к радиотехнике, а конкретно к электрическим фильтрам с механическими резонаторами и пьезоэлектрическими преобразователями. .

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в качестве преселектора радиоприемного устройства. .

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности, касается пьезоэлектронной промышленности, выпускающей резонаторы, генераторы, фильтры и другие приборы, работающие на объемных акустических волнах в диапазоне частот от 50 до 1000 МГц.

Изобретение относится к области обработки электрических сигналов, а именно к методам распознавания информационного образа электрического сигнала. Техническим результатом предлагаемого способа является повышение достоверности распознавания информационного образа электрического сигнала.

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.Устройство содержит последовательно соединенные смеситель, сигнальный вход которого является входом устройства, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь, измеритель мощности сигнала, первый накопитель-усреднитель, первый регистр памяти и регистрирующий прибор, выход которого является выходом устройства, а также гетеродин, выход которого соединен с опорным входом смесителя непосредственно и аналого-цифрового преобразователя через делитель частоты, измеритель мощности аддитивной смеси сигнала и помехи, вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя, регистр хранения множителя усреднения L, выход которого связан со вторыми входами измерителя мощности аддитивной смеси сигнала и помехи и измерителя мощности сигнала, блок вычитания, второй накопитель-усреднитель и второй регистр памяти, а также арифметико-логическое устройство определения частного, второй вход которого соединен с выходом первого накопителя-усреднителя, а выход - со вторым входом регистрирующего прибора.

Изобретение относится к пассивной радиотеплолокации и может использоваться для измерения мощности шумовых сигналов в системах дистанционного зондирования различных природных сред, промышленности, медицинских технологиях.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Изобретение относится к области метрологии, в частности к средствам измерения искажений. Устройство содержит генератор гармонических колебаний, входную и выходную клеммы для подключения объекта измерения, регулируемый блок выравнивания уровней сигналов, первый и второй блоки индикации, первый и второй блоки дифференцирования, пять выключателей, блок частотной обработки, блок сравнения, полосовой фильтр, перестраиваемый по частоте фильтр верхних частот, перестраиваемый по уровню и частоте фильтр нижних частот, двухпозиционный переключатель, контрольно-измерительный блок.

Изобретение относится к области измерительной техники. Технический результат – повышение эффективности выделения полезной составляющей из входного сигнала, содержащего полезную информацию и шум, которые находятся в одном и том же частотном диапазоне, за счет уменьшения или полного устранения искажения формы полезного сигнала одновременно с повышением отношения сигналшум. Способ содержит этапы, на которых из входного сигнала выделяют корректирующий сигнал посредством определения периода следования точек во входном сигнале, которые не связаны с полезной составляющей сигнала, выполняют аппроксимацию промежуточных значений, масштабируют корректирующий сигнал и итерационно вычитают корректирующий сигнал из входного сигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх