Способ определения отношения сигнал/шум

 

Союз Советских

Соц алистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМХ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (it>800902 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110379 (21) 2736077/18-21 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 3001.81.Áþëëåòåíü № 4

Дата опубликования описания 10. 02. 81

<Я)М. Кл.

G 01 R 29/26

Госуларствениый комитет

СССР оо лелам изобретений н открытий (5Ç) УДК 621.317. . 362, 088. 8) (72) Авторы изобретения

В.П.Заболотский, В.З.Балашов, А.Я.Иоффе, Л.M.Ìoðoçoâ и С.A.Èîôôå

1 (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ

Изобретение относится к радиотехническим измерениям и может быть использовано для определения отношения сигнал/шум (С/Ш) преимущественно в радиолокационных и телевизионных устройствах.

Известен фотоэлектрический способ измерения отношения С/Ш, заключающийся в соответствующей обработке сигнала на выходе фотоэлектрического преобразователя, помещенного перед экраном осциллографа, на вход вертикального канала которого подан сигнал. Сущность этого способа состоит в том, что фотоэлектрический преобразователь, светочувствительная поверхность которого закрыта непрозрачной маской с узкой щелью, перемещают сперва относительно осциллограммы помехи, а затем — относительно осциллограммы сигнала с наложенной на него помехой и определяют разность (в децибеллах) первого и второго отсчетов стрелочного прибора, включенного на выходе фотоэлектрического преобразователя (1).

Недостаток способа состоит в том, что он требует предварительного выделения помехи из смеси полезного сигнала и помехи, что не всегда возможно.

Наиболее близким к предлагаемому является корреляционный способ определения отношения С/Ш, основанный на использовании статистических свойств полезного сигнала и помехи путем линейного вычитания и сложения входного задержанного и незадержанного сигналов, представляющих собой ад дитивную смесь полезного сигнала и помехи, причем время аналоговой задержки выбирается в зависимости от интервалов корреляции обеих составляющих входного сигнала. Способ осуществляется при следующей последовательности операций. Центрируют входной сигнал (отфильтровывают постоянную составляющую входного сигнала), центрированный сигнал задерживают на время задержки и t . которое выбирают в зависимости от значений интервалов корреляции j кс, )Сщ полезного сигнала и флюктуационной .помехи соответственно так, чтобы

Cgt СС С . Задержанный и неэадержанный сигналы суммируют и вычитают, измеряют размахи суммарного и раэностного сигналов и определяют отношение этих размахов. Данное отноше800902 ние подВергают нелинейному преобразованию по закону, который определяют из соотношения — Kò1

Р=" ч-.г нд= где p — отношение С/Ш;

К вЂ” отношение размахов суммарного и раэностного сигналов; г=г lntl — коэффициент корреляции между сечениями полезного сигнала, сдвинутыми на время задержки 12).

Однако в известном способе, для преобразования отношения размахов h в отношение С/Ш р по приведенной выше формуле необходимо знать корреляционную функцию полезного сигнала и интервалы корреляции помехи и сигнала. Определение корреляционной функции полезного сигнала является Щ достаточно сложной операцией, а при наличии шума данная операция может стать практически невыполнимой; кроме того, операция аналоговой задержки высокочастотного сигнала является сложной технической задачей, что сужает область применения способа и делает его малоэффективным.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения отношения сигнал/шум, основанном на анализе статистических свойств центрированного входного сигнала, сравнивают центрированный сигнал с нулевым уровнем, З5 вырабатывают знаковый сигнал одной полярности, при превышении центрированным сигналом нулевого уровня и противоположной полярности, при непревышении нулевого уровня, сравни- 4Q вают полярности знаковых сигналов для выбранных интервалов времени, подсчитывают число совпадений полярностей знакового сигнала и общее число сравнений IIGJIRpHGcTGA, Определяют отношение числа совпадений полярностей к общему числу сравнений, полученное отношение подвергают нелинейному преобразованию по закону, обратному произведению функции Бесселя и экспоненты.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Значение знаковой корреляционной функции (ЗЕФ) входного сигнала, образованного суммированием полезного 55 сигнала со случайной фазой необхоцимость обработки такового сигнала часто возникает в радиолокации, системах связи и телевидении) и нормальной финитной случайной помехи для мо- g ментов времени, отстоящих на величину Тс = ™/cd< периода полезного сигнала связано с отношением Р— С/Ш зависимостью н(с)=в Р)= о(/) "(-"Ф).

Поэтому, измерив значение ЗКФ и преобразовав его по закону, обратному произведению функции Бесселя и экспоненты, получаем отношение С/Ш с требуемой для практики точностью.

Значение ЗКФ получаем путем определения знака входного сигнала в моменты, задаваемые двумя последовательностями тактовых импульсов, одна иэ которых сдвинута относительно другой на период полезного сигнала а t =

=- Т„= 2 / > (в радиолокации, например, этот период может быть равен периоду несущей частоты радиоимпульса), затем знаки сигналов в эти моменты сравнивают, подсчитывают число энакосовпадений и определяют отношение числа энакосовпадений к общему числу тактовых импульсов в одной последовательности, при :coTopbIx производится определение знака входного случайного сигнала.

Способ осуществляется следующим образом.

Центрируют входной сигнал. Эта операция может осуществляться входным устройством, в качестве которого применяют центрирующие фильтры (фильтры высоких частот). Центрирование является необходимой операцией при определении корреляционных функций, так как в противном случае вместо корреляционных функций будут определяться 2-ые начальные моментные функции.

Сравнивают центрированный сигнал с нулевым уровнем в моменты времени, сдвинутые один относительно другого на временной интервал л 1, равный периоду колебаний полезного сигнала T . Моменты сравнения могут быть заданы двумя последовательностями тактовый импульсов, одна иэ которых сдвинута относительно другой на интервал Ь 6, равный периоду полезного сигнала. Вырабатывают знаковый сигнал одной полярности, если центрированный сигнал в момент сравнения превысит нулевой уровень, и противоположной полярности, если центрированный сигнал в момент сравнения не превысит нулевого уровня.

Операции сравнения и выработки знакового сигнала могут быть выполнены такими широко применяемыми техническими устройствами, как компараторы.

Сравнивают полярности знаковых сигналов для сдвинутого и несдвинутого моментов времени. Эта операция может быть осуществлена устройствами, реализующими логическую операцию коньюнкции (схемы совпадений, логические схемы И).

Подсчитывают число совпадений полярностей знаковых сигналов и общее число сравнений полярностей этих сигналов.

Определяют отношение числа совпадений полярностей к общему числу

800907

Формула изобретения еО

65 сравнении. Операции подсчета и определения отношения могут быть легко реализораны с помощью счетчиков и делителя частоты следования импульсов.

Отношение числа совпадений полярностей знаковых сигналов (энакосовпадений ) к общему числу сравнений подвергают нелинейному преобразованию по закону, обратному произведению функции Бесселя и экспоненты.

Это преобразование может быть осуществлено либо с помощью специализированного вычислительного устройсòâà с регистрацией результата преобразования в цифровой форме, либо с помощью функционального преобразователя, в котором регистрация результата производится, например стрелочным прибором. Результат преобразования соответствует значению отношения сигнал/шум.

На чертеже представлено устройство для осуществления способа, схема.

Устройство для определения отношения сигнал/шум содержит входное устройство 1, компараторы 2 и 3 . генератор 4 тактовых импульсов (ХИ ), схемы 5 и 6 совпадений, иннерторы

7 и 8 схему 9 объединения счетчиг ки 10 и 11 делитель 12 частоты, устройства 13-15 запрета функциоI нальный преобразователь 16 и формирователи 17 и 18 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 2 тактовых импульсов вырабатывает две последовательности тактовых импульсов, сдвинутых одна относительно другои на интервал л4, которые поступают на входы запрета устройств 13 и 14 запрета и установочные входы компараторон 2 и 3.

При поступлении тактовых импульсов на входы запрета устройств 13 и 14 зти устройства пропускают центрированный входной сигнал на нходы компараторов 2 и 3 для сравнения и выработки знакового сигнала. Компаратор 2 вырабатывает знаковый сигнал определенной полярности, например положительной, при превышении центрированным сигйалом нулевого уровня в каг честве которого выбран потенциал земли, и противоположной полярности, например отрицательной, если центрированный сигнал не превышает нулевой уровень для моментов времени, определяемых одной последовательностью тактовых импульсов, а компаратор 3 выполняет те же операции для моментов нремени, определяемых второй сдвинутой последовательностью тактовых импульсов. Схема 5 совпадения вырабатынает сигнал при совпадении положительной полярности знаковых сигналов на выходах компараторов 2 и 3, а схема 6 совпадения вырабатывает сигнал н случае совпадения отрицательных полярностей знаковых сигналов. Формироьатели

17 и 18 импульсов из сигналов на выходах схем 5 и 6 совпадений формируют импульсы, которые через схему 9 обьединения поступают на вход счетчика 10. Делитель 12 частоты и счетчик 11 подсчитывает общее число сравнений полярностей знаковых импульсов N, которое задается заранее. При достижении N сравнений счетчик .." выдает сигнал на устройство 15 запрета, которое пропускает сигнал с выхода счетчика 10 на функциональный преобразователь 16. При определенном подборе коэффициента

15 деления в делителе 12 частоты число в счетчке и будет соответствовать отношению числа знакосовпадений к общему числу сравнений. Функциональный преобразователь преобразует полученное соотношение по заданному закону в напряжение, соответствующее значению отношения сигнал/шум, которое может быть, например, зарегистрировано обычным стрелочным прибором.

Реализация способа с помощью рассмотренного устроиства происходит в т чение заданного времени Т« которое выбирается в зависимости от требуемой точности оценинания отношения сигнал/шум и определяется числом пересчетных декад в делителе частоты. При этом не нужно знать априори вероятностно-статистические свойства и характеристики входного сигнала (корреляционные функции и

Ç5 интервалы корреляции полезного сигнала и помехи ), а необходимо лишь знание периода с.:у |айного полезного сигнал. со случайной разок (квазислучаиного сигнала) и:аирины спектра

4р финитного белого шума. Быстродействие гредлагаемого способа, приблизительно, вдвое выше, чем известного.

Кроме того, предлагаемый способ проще, r как для его реализации не требуется выполнять операцию анало45 говой задержки. заданная ширина спектра финитного белого шума, кратная частоте колебаний полезного сигнала со случайной фазой, может быть обеспечена предварительной обработкой входного сигнала — пропусканием входного сигнала через формирующий фильтр с полосой пропускания, равной ширине спектра помехи, что не требует дополнительных временных эа55 трат и не снижает быстродействия и эффективности способа.

Способ определения отношения сигнал/шум, основанный на анализе статистических свойств центриронанного входного сигнала в моменты времени с ныбранным интервалом, о т л и ч а800902

Составитель О.Панчерников

Редактор Л.Пчелинская Техред С.Мигунова

Корректор Г.Назарова

Подписное

Тираж 743

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5

Заказ 0

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, ю шийся тем,,что, с целью повышения точности измерения, сравнивают центрированный сигнал с нулевым уровнем, вырабатывают знаковый сигнал одной полярности при превышении центрированным сигналом нулевого уровня и противоположной полярности, при непревышении нулевого уровня, сравнивают полярности знаковых сигналов для выбранных интервалов времени, подсчитывают число совпадений полярностей знакового сигнала и общее число сравнений полярностей, определяют отношение числа совпадений полярностей к общему числу сравнений, полученное отношение подвергают не-линейному преобразованию по закону, обратному произведению функции Бесселя и экспоненть .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Ткаченко A.Ï. и Кириллов В.И.

Техника телевизионных измерений.

Минск, "Высшая школа" 1976, с. 5963. т

2, Ткаченко А.П. и Кириллов В.И.

Техника телевизионных измерений.

Минск, "Высшая школа", 1976, с. 6668 (прототип).