Спосіб приглушення білого шуму в адитивній суміші з повністю відомим імпульсним сигналом

1. Спосіб приглушення білого шуму в адитивній суміші з повністю відомим імпульсним сигналом, що полягає у тому, що адитивну суміш сигналу і білого шуму пропускають через погоджений з сигналом лінійний фільтр, який відрізняється тим, що суміш сигналу вихідного коливання фільтра на відомому часовому інтервалі, який за тривалістю дорівнює тривалості сигналу на виході фільтра, дискретизують за часом, з одержаних вибірок із затримкою в часі формують нову суміш сигналу шляхом розміщення вибірок в часовій послідовності, відмінній від тієї послідовності, в якій вони були одержані, крок дискретизації, тривалість вибірок, затримку кожної з них і порядок розміщення вибірок в штучно сформованій суміші сигналу задають залежно від часової структури сигналу на виході погодженого фільтра, штучно сформовану суміш сигналу пропускають через лінійний фільтр з прямокутною П-подібною амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) із смугою пропускання, яка дорівнює ширині спектра сигналу на виході погодженого фільтра. 2. Спосіб приглушення білого шуму за п. 1, який відрізняє ться тим, що при повністю відомому відеоімпульсі суміш сигналу ви хідного коливання погодженого фільтра дискретизують за часом на C2 2 (19) 1 3 83929 важно винахід може використовуватися в радіозв'язку і радіолокації. Відомим способом придушення перешкод є лінійна фільтрація. Лінійна фільтрація здійснюється частотними фільтрами. Залежно від задач, вирішуваних приймачем, застосовуються фільтри з відповідними вирішуваній задачі амплітудночастотної (АЧХ) і фазочастотної (ФЧХ) характеристиками. У тому випадку, коли вимагається подавити перешкоду, але при цьому зберегти форму сигналу застосовуються фільтри з прямокутною Пподібною АЧХ і смугою пропускання, що забезпечує рівномірне пропускання спектру сигналу і придушення частот суміші зовні цього спектру. При рішенні задачі виявлення сигналу в білому шумі, коли спектр перешкоди рівномірно перекриває весь спектр сигналу, реалізують погоджену фільтрацію. В цьому випадку ослабляються всі спектральні складові суміші і тим більшою мірою, ніж вони слабкіші в спектрі сигналу, а спектральні складові самого сигналу додатково фазуються, забезпечуючи в певний момент його пікове значення і максимальне відношення сигналу до шуму. Для цього застосовуються погоджені фільтри. Погоджений з сигналом фільтр має амплітудно-частотну характеристику з точністю до постійного множника повторюючи амплітудно-частотний спектр (АЧС) сигналу, а його ФЧХ повинна бути комплекснозв'язаною з фазочастотним спектром (ФЧС) сигналу [И.С.Гоноровский. Радиотехнические цепи и сигнали. Москва, Соврадио, 1972]. На виході погодженого фільтру енергетичні спектри сигналу і шуму стають однаковими, що виключає будь-яку можливість подальшої обробки суміші способом лінійної фільтрації без збитку для досягнутого відношення сигнал-шум. З цієї причини відношення сигналу до шуму на виході погодженого фільтру при заданих енергії сигналу і спектральної щільності потужності шуму вважається максимально за можливе, а фільтр вважається оптимальним. Проте при однакових енергетичних спектрах шум і сигнал на виході погодженого фільтру мають різну часову структур у. Часова структура сигналу після фільтрації залишається закономірною і, за наявності повної апріорної інформації про сигнал, відомої точно, а часова структура шуму, як і до фільтрації, носитиме випадковий характер. Ця відмінність сигналу від шуму у ви хідній суміші фільтру може і повинна бути використана для додаткового придушення шуму, що і є метою даного винаходу. Для повністю відомого сигналу у відсутності шуму точно відомий закон зміни миттєви х значень напруги на виході фільтру, а також закон зміни часових інтервалів між миттєвими значеннями вихідної напруги, що повторюються. Обидва ці закони справедливі тільки для одного конкретного сигналу, і ступінь відповідності вихідного коливання фільтру цим законам може бути ознакою наявності цього сигналу у складі вихідної суміші. Відхилення від законів є наслідком спотворюючої дії шуму. Проведенням над вихідним коливанням фільтру операції по перевірці виконання законів можна частково зруйнувати шумову складову ади 4 тивної суміші, практично не торкнувшись сигнальної, спектральні складові шуму, що виникли, відфільтрува ти, тим самим зменшити середню потужність шуму і, як наслідок, підвищити відношення сигналу до шуму. Це можливо тільки у тому випадку, коли операція над адитивною сумішшю буде проявлятися як нелінійна для шумової складової суміші і квазілінійної для сигнальної складової (тобто практично не змініючої спектр і енергетику сигналу). Операція полягає в дискретизації за часом реалізації вихідної суміші погодженого фільтру і формуванні з одержаних вибірок нової реалізації, в якій вибірки, що мають однакове середнє значення напруги сигнальної складової адитивної суміші, міняються місцями так, щоб сигнал в сформованій суміші зберігся, а шумова складова найбільшою мірою руйнувалася і спектр її найбільшою мірою розширився. При виявленні повністю відомого відеоімпульсу в білому шумі вихідне коливання погодженого фільтру на відомому часовому інтервалі дискретизують за часом із заданим кроком і при цьому одержують вибірки такої ж тривалості. Крок дискретизації і, відповідно, тривалість вибірок задають мінімальними, але з урахуванням технічної можливості їх отримання і економічної доцільності, оскільки із зменшенням тривалості вибірок ускладнюється схема, що реалізовує даний процес, і підвищуються вимоги до складових елементів схеми. За відсутності шуму кожна вибірка у відповідності до закону зміни миттєвого значення вихідної напруги фільтру матиме не менше за один свій аналог по величині її середньої напруги. Положення вибірки-аналога на часовій осі для сигналу відоме, відомий і часовий інтервал між вибіркамианалогами. Для перевірки відповідності вихідного коливання фільтру цим законам одержані вибірки через час не менший подвійної тривалості сигналу, що виявляється, використовують для формування нового коливання, в якому парні (відлік ведеться з моменту початку дискретизації) вибірки міняються місцями з своїми аналогами. За відсутності шуму сформоване з вибірок коливання (Фіг.2б) практично повністю повторюватиме вихідний сигнал фільтру (Фіг.2а) і тим точніше, чим менша тривалість вибірок і чим крутіші їх фронти. У разі відмінності вихідного коливання фільтру від вихідного сигналу сформоване коливання виявиться порізаним (Фіг.3б і Фіг.4б). Причиною порізаності є наявність в адитивній суміші помехової складової (або наявність тільки її), спектр якої в результаті виконаної операції розшириться. Фільтруючи виниклі спектральні складові шуму фільтром нижніх частот з П-подібною АЧХ і смугою пропускання рівною ширині спектру сигналу на ви ході погодженого фільтру, добиваються пониження середньої потужності шуму при практично збереженому піковому значенні сигналу і, отже, збільшення відношення сигналу до шуму. При виявленні повністю відомого радіоімпульсу з прямокутною огинаючою вихідне коливання погодженого фільтру на відомому часовому інтервалі дискретизують за часом з кроком рівним половині періоду високочастотного заповнення, одержуючи вибірки тієї ж тривалості і напівхвилі 5 83929 синусоїди, що мають форму. За відсутності перешкоди кожна вибірка у відповідності із законом зміни миттєвого значення вихідної напруги фільтру матиме одного свого аналога по величині її амплітуди. Положення вибірки-аналога на часовій осі для сигналу відоме, відомий і часовий інтервал між вибірками-аналогами. Для перевірки відповідності вихідного коливання фільтру цим законам одержані вибірки через час не менший подвійної тривалості сигналу, що виявляється, використовують для формування нового коливання, в якому вибірки, що мають позитивну полярність встановлюються на свої місця, а що мають негативну полярність - інвертуються і міняються місцями з своїми аналогами по амплітуді. За відсутності перешкоди сформоване з вибірок коливання матиме вигляд промодульованої по амплітуді послідовності однополярних напівхвиль синусоїди. Огинаюча перетвореного радіоімпульсу (Фіг.6б) повторюватиме в точності огинаючу радіоімпульсу на виході погодженого фільтру (Фіг.6а). За наявності в адитивній суміші складової яка перешкоджає (або наявності тільки її) коливання високочастотного заповнення і огинаюча перетвореного радіоімпульсу виявляться порізаними, що свідчить про наявність перешкоди і розширення її спектру. Фільтруючи виниклі спектральні складові перешкоди фільтром нижніх частот з П-подібною АЧХ і смугою пропускання рівній ширині спектру огинаючої сигналу на виході погодженого фільтру, добиваються пониження середньої потужності шуму при практично збереженому піковому значенні сигналу і, отже, додаткового збільшення відношення сигналу до шуму. Фіг.1 демонструє блок-схему пристрою обробки, а Фіг.2,...,5 - процес і результати комп'ютерного моделювання пропонованого способу програмою моделювання схемотехніки Micro-Cap 7.I.6. стосовно прямокутного відеоімпульсу тривалістю 50мкс. Дискретизація проводиться на ділянці часової осі, в межах якої знаходиться вихідний сигнал погодженого фільтру, з кроком дискретизації рівним 1мкс. Блок-схема пристрою обробки, що реалізовує пропонований спосіб, має в своєму складі (Фіг.1): 1 - погоджений фільтр; 6 2 - схему дискретизацї (ключі), затримки вибірок (лінії затримки) і формування нової реалізації суміші (суматор); 3 - фільтр нижніх частот (ФНЧ). На Фіг.2а показаний вихідний сигнал погодженого фільтру за відсутності перешкоди, а на Фіг.2б показаний сигнал, сформований з вибірок вихідного сигналу фільтру. Фіг.2в показує сформований сигнал після проходження ним фільтру нижніх частот. Фі г.3а, 3б і 3в демонструють процес придушення шуму під час вступ у на вхід погодженого фільтру тільки білого шуму. Фіг.4а, 4б і 4в відображають процес очищення сигналу при дії на погоджений фільтр адитивної суміші прямокутного відеоімпульсу і білого шуму. Фіг.5а, 5б і 5в відображають процес і результат обробки 10-ти слідуючих одна за іншою ділянок суміші. Кожна ділянка має тривалість 100мкс. рівну тривалості сигналу на виході погодженого фільтру. Сигнал присутній тільки на другій і восьмій ділянках. Фіг.6а, 6б і 6в відображають результати дискретизації, формування і фільтрації відомого точно радіоімпульсу з прямокутною огинаючою тривалістю 50мкс. на виході квазіоптимального [Л.С. Гуткин. Теория оптимальних методов радиоприема при флуктуационных помехах. Москва, Госэнергоиздат, 1961] фільтру у відсутності шуму. Фіг.7а, 76 і 7в відображають процес і результат обробки 10-ти ділянок суміші сигналу і шуму тривалістю по 100мкс. Сигнал присутній тільки на 2-ій і 8-ій ділянках. Пропонований спосіб є логічним завершенням процесу обробки адитивної суміші повністю відомого сигналу і білого шум у з метою якнайповнішого очищення сигналу від спотворень, спричинених шумом, оскільки в результаті обробки суміші пропонованим способом стираються всі істотні відмінності між сигналом і шумом. В умовах наявності повної інформації про сигнал при здійсненні пропонованого способу досягається додаткове підвищення відношення сигналу до шуму у ви хідній суміші погодженого фільтру, що суперечить встановленим теорією обмеженням [Л.С. Гуткин. Теория оптимальних методов радиоприема при флуктуационных помехах. Москва, Госэнергоиздат, 1961]. Саме тому пропонований спосіб є прецедентом, що відкриває дотепер невикористані можливості боротьби з перешкодами. 7 83929 8 9 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 83929 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601