Пристрій перетворення простору сигналів

Реферат: UA 95158 U UA 95158 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі обробки сигналів, зокрема, до пристроїв обробки сигналів на фоні завад (шумів), а саме, до пристроїв перетворення сигналів лінійного простору в сигнали простору сигналів із властивостями алгебраїчної решітки. Відомий пристрій придушення завад, що містить спрямовану антену, приймач основного каналу, всеспрямовану антену, приймач додаткового каналу, причому виходи спрямованої і всеспрямованої антен з'єднані із входами приймачів основного і додаткового каналів відповідно [1]. Недоліком відомого пристрою приглушення завад є те, що він здійснює перетворення сигналів лінійного простору сигналів в сигнали також лінійного простору з тими ж властивостями і, як наслідок, відсутня технічна можливість здійснення обробки сигналів у просторі сигналів із принципово новими властивостями, які дозволяють досягти більшу ефективність вирішення основних завдань обробки сигналів. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є пристрій перетворення простору сигналів, що містить блок перетворення, який містить блок формування верхньої грані та блок формування нижньої грані [2]. Недоліком відомого пристрою перетворення простору сигналів є те, що він здійснює перетворення сигналів лінійного простору сигналів в сигнали простору із властивостями алгебраїчної решітки за рахунок використання обробки сигналів в двох каналах прийому, що, призводить до збільшення апаратних затрат та негативного впливу неідентичностей каналів прийому на якість формування верхньої та нижньої граней, і як наслідок, на ефективність вирішення основних завдань обробки сигналів. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом внесення відповідних змін у конструкцію пристрою, а саме, додаткового включення послідовно з'єднаних блока відображення сигналу в частотну область, інвертора фази сигналу, блока відображення спектру сигналу в часову область та блока обчислення модулю і створення, таким чином, технічної можливості здійснення обробки сигналів у просторі сигналів із властивостями алгебраїчної решітки при використанні лише одного каналу прийому, що знижує апаратні затрати, забезпечує підвищення ефективності вирішення основних завдань обробки сигналів (у тому числі виявлення, розрізнення, фільтрації сигналів і оцінювання їх параметрів) за рахунок покращення якості формування верхньої та нижньої граней, що дозволяє усунути недоліки прототипу. Суть корисної моделі в пристрої перетворення простору сигналів, що містить блок перетворення, який містить блок формування верхньої грані та блок формування нижньої грані, досягається тим, що додатково містить послідовно з'єднані блок відображення сигналу в частотну область, інвертор фази сигналу, блок відображення спектру сигналу в часову область та блок обчислення модулю, причому вхід пристрою є одночасно першим входом блока перетворення та входом блока відображення сигналу в частотну область, а вихід блока обчислення модулю з'єднаний з другим входом блока перетворення, при цьому перший вхід блока перетворення є одночасно першим входом блока формування верхньої грані та першим входом блока формування нижньої грані, а другий вхід блока перетворення є одночасно другим входом блока формування верхньої грані та другим входом блока формування нижньої грані, причому вихід блока формування верхньої грані є одночасно першим виходом пристрою, а вихід блока формування нижньої грані є одночасно другим виходом пристрою. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом дозволяє зробити висновок, що пристрій перетворення простору сигналів, який заявляється, відрізняється тим, що додатково містить послідовно з'єднані блок відображення сигналу в частотну область, інвертор фази сигналу, блок відображення спектру сигналу в часову область та блок обчислення модулю, причому вхід пристрою є одночасно першим входом блока перетворення та входом блока відображення сигналу в частотну область, а вихід блока обчислення модулю з'єднаний з другим входом блока перетворення, при цьому перший вхід блока перетворення є одночасно першим входом блока формування верхньої грані та першим входом блока формування нижньої грані, а другий вхід блока перетворення є одночасно другим входом блока формування верхньої грані та другим входом блока формування нижньої грані, причому вихід блока формування верхньої грані є одночасно першим виходом пристрою, а вихід блока формування нижньої грані є одночасно другим виходом пристрою. Суть запропонованого пристрою перетворення простору сигналів полягає в наступному. ~ Відомо, що результат взаємодії x t , x t сигналу s t і завади (шуму) n(t) в просторі сигналів із властивостями алгебраїчної решітки L( , ) з операціями верхньої і нижньої граней , здійснюється відповідно до співвідношень (див. Биркгоф Г. Теория решеток. М.: Наука, 1984): 1 UA 95158 U  xt 10 nt st nt st nt 2 ;(1a)  xt 5 st st nt st nt st nt 2 ,(1б) де , - операції верхньої і нижньої граней решітки L( , ) відповідно: s(t) n(t)=supL{s(t),n(t)}, s(t) n(t)=inf L{s(t),n(t)}. Тотожності (1а, б) визначають перетворення лінійного простору сигналів LS(+) у простір сигналів із властивостями алгебраїчної решітки L( , ):T:LS(+)→L( , ). Як випливає зі співвідношень (1а, б), для формування результатів взаємодії сигналу s(t) і завади (шуму) n(t) у просторі сигналів із властивостями алгебраїчної решітки L( , ) достатньо мати два лінійно незалежні рівняння відносно s(t) і n(t): u(t)=s(t)+n(t); (2a) v(t)=s(t)-n(t), (2б) формування яких забезпечується запропонованим пристроєм. Корисний сигнал s(t) адитивно взаємодіє з завадою (шумом) n(t) у лінійному просторі сигналів: x(t)=s(t)+n(t). (3)   Пристрій відображення простору сигналів побудовано на використанні оцінки   n t -s t різниці n(t)-s(t) завади (шуму) n(t) і сигналу s(t), яка визначається наступними співвідношеннями:     n t -s t (4) F 1Xf ; 15 Xf X f 1 2sign h f Xf Fxt ; hf 1S f Sf Fs t ; S S f2 (4a) ; (4б) S 1f f2 1f f1 ; (4в) (4г) S f1 ; (4д) 20 f2 S f 2 df / S f 2 df 1 (4e) f1 , де x(t) - сума (3) корисного сигналу і завади (шуму); X(f), S(f) - відображення F суми x(t) (3) і корисного сигналу s(t) в частотну область відповідно, які здійснюються на основі відомих перетворень (наприклад, перетворення Фурьє, косинус перетворення, перетворення Хартлі і т.п.); 25 30 Xf   - образ оцінки   різниці n(t)-s(t) завади (шуму) n(t) і сигналу s(t) в частотній n t -s t області; F - відображення сигналу з часової області в частотну; F-1 - відображення, зворотне F: F F-1= F-1 F = 1; h(f) - функція вікна в частотній області, на якому здійснюється інвертування фази сигналу; 1(*) - одинична функція Хевісайда; S - деякий граничний рівень, що встановлює ширину функції вікна h(f) в частотній області, обумовлений верхньою f 2 і нижньою f 1 граничною частотою відповідно до співвідношень (4д, е); ε - довільно мале число, яке встановлює процентне співвідношення енергії корисного сигналу, яка зосереджена в смузі [f1, f 2]. 2 UA 95158 U Приклад функцій X f (4a), X(f) (4б), h(f) (4в) для сигналу зі спектром S(f) виду aexp(-b|f-f0|) показаний на фіг. 2. Як випливає з тотожності (4а), функції X f , X(f) протилежні на інтервалі [f 1, f 2] і співпадають поза даним інтервалом. У показаному на фіг. 2 випадку, співвідношення сигналшум становило 16,5 дБ, а ε=0,01. 5   Маючи оцінку   (4), простір сигналів із властивостями алгебраїчної решітки може n t -s t бути реалізований шляхом перетворення сигналів лінійного простору таким чином, що оцінки     x' t , x' t результатів взаємодії x t (1a), x t (1б) сигналу s(t) і завади (шуму) n(t) в просторі сигналів із властивостями алгебраїчної решітки з операціями верхньої і нижньої граней формуються відповідно до співвідношень, аналогічними (1а, б): 10  x' t {st nt     | n t s t |} / 2 ; (5a)  x' t {st nt     | n t s t |} / 2 . (5б) Суть корисної моделі пояснюється за допомогою креслень, де на фіг. 1 представлена 15 структурна схема запропонованого пристрою; на фіг. 2 показано приклад функцій X f (4a), X(f) (4б), h(f) (4в) для сигналу зі спектром S(f) виду aexp(-b|f-f 0|); на фіг. 3 наведено корисний вузько смуговий сигнал на вході пристрою; на фіг. 4 представлений результат адитивної взаємодії x(t) корисного сигналу s(t) і завади (шуму) n(t), який діє на вході пристрою; на фіг. 5 показані спектри S(f), X(f) корисного сигналу s(t) и процесу x(t) на вході пристрою відповідно; на фіг. 6 наведено вигляд функцій X f 20 25 30 (4a), X(f) (4б), h(f) (4в) для корисного сигналу s(t), який діє на вході   пристрою; на фіг. 7 показано оцінку x' t верхньої грані x t (1a) на першому виході пристрою;   на фіг. 8 представлено оцінку x' t нижньої грані x t (1б) на другому виході пристрою. Пристрій перетворення простору сигналів конструктивно містить (див. фіг. 1): блок відображення сигналу в частотну область - 1; інвертор фази сигналу - 2; блок відображення спектру сигналу в часову область - 3; блок обчислення модулю - 4; блок перетворення - 5; блок формування верхньої грані - 6; блок формування нижньої грані - 7. Пристрій перетворення простору сигналів працює таким чином (див. фіг. 1). На вході пристрою діє результат адитивної взаємодії x(t) (див. формулу (3)) корисного сигналу s(t) і завади (шуму) n(t), показаний на фіг. 4. Всі сигнали, наведені на фіг. 3-8, отримані в результаті статистичного моделювання процесу функціонування запропонованого пристрою. Наведений приклад відповідає наступним умовам. Корисний сигнал s(t) - вузькосмуговий амплітудно-модульований сигнал; завада n(t) - квазібілий гаусівський шум зі співвідношенням максимальної частоти спектральної щільності завади до несучої частоти сигналу f n,max/f 0=32; відношення сигнал - шум S /N =5,5 Smax max(S( )) , S( ) - спектральна щільність потужності max 35 40 0 сигналу, Ν0 - спектральна щільність потужності завади (шуму)). Блок відображення сигналу в частотну область 1 здійснює відображення сигналу x(t) (3) відповідно до тотожності (4б) (див. фіг. 1). На фіг. 5 показано результат S(f) відображення корисного сигналу s(t) в частотну область шляхом здійснення дискретного косинус перетворення (ДКП), а також результат X(f) відображення процесу x(t) на вході пристрою в частотну область шляхом здійснення ДКП. Інвертор фази сигналу 2 (див. фіг. 1) здійснює поворот фази спектра X(f) на на функції вікна h(f) (4в) у частотній області і забезпечує отримання образа X f   (4а) оцінки   n t -s t   різниці n(t)-s(t) завади (шуму) n(t) і сигналу s(t) в частотній області. Образ X f оцінки   n t -s t різниці n(t)-s(t) завади (шуму) n(t) і сигналу s(t) в частотній області (4а); результат ДКП X(f) від спостережуваного процесу x(t) (4б), а також функція вікна в частотній області h(f), на якому здійснюється інвертування фази сигналу (4в), показані на фіг. 6. Як слідує з тотожності (4а), 45 функції X f , X(f) протилежні на інтервалі [f 1, f 2] і співпадають поза даним інтервалом. 3 UA 95158 U Блок відображення спектра сигналу в часову область 3 (див. фіг. 1) здійснює формування   оцінки   різниці n(t)-s(t) завади (шуму) n(t) і сигналу s(t) шляхом відображення спектра n t -s t X f в часову область. Блок обчислення модуля 4 (див. фіг. 1) забезпечує обчислення модуля 5 10 15 20 25     оцінки n t -s t   різниці n(t)-s(t) завади (шуму) n(t) і сигналу s(t).   n t -s t Блок перетворення 5 (див. фіг. 1) містить у собі блок формування верхньої грані 6 і блок формування нижньої грані 7. Блок формування верхньої грані 6 забезпечує формування оцінки   x' t верхньої грані x t s t n t (5a) (див. фіг. 7). Блок формування нижньої грані 7 здійснює   формування оцінки x' t нижньої грані x t s t n t (5б) (див. фіг. 8). Підвищення ефективності застосування пристрою перетворення простору сигналів, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається шляхом внесення відповідних змін у конструкцію пристрою, а саме, додаткового включення послідовно з'єднаних блока відображення сигналу в частотну область, інвертора фази сигналу, блока відображення спектру сигналу в часову область та блока обчислення модулю і створення, таким чином, технічної можливості здійснення обробки сигналів у просторі сигналів із властивостями алгебраїчної решітки при використанні лише одного каналу прийому, що знижує апаратні затрати, забезпечує підвищення ефективності вирішення основних завдань обробки сигналів (у тому числі виявлення, розрізнення, фільтрації сигналів і оцінювання їх параметрів) за рахунок покращення якості формування верхньої та нижньої граней. Джерела інформації: 1. Беляев Б.Г., Соколова Э.М. Способ подавления помех в области боковых лепестков антенны радиолокатора и устройство для его реализации //А.с. СССР № 1840239, кл. G01S 7/36, 1990, стор. 3, фіг. 4. - аналог. 2. Попов А.О. Патент України на корисну модель 56926, кл. Η04В 15/00, бюл. № 2 від 25.01.2011, стор. 5, фіг. 3. - прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 40 Пристрій перетворення простору сигналів, що містить блок перетворення, який містить блок формування верхньої грані та блок формування нижньої грані, який відрізняється тим, що додатково містить послідовно з'єднані блок відображення сигналу в частотну область, інвертор фази сигналу, блок відображення спектра сигналу в часову область та блок обчислення модулю, причому вхід пристрою є одночасно першим входом блока перетворення та входом блока відображення сигналу в частотну область, а вихід блока обчислення модулю з'єднаний з другим входом блока перетворення, при цьому перший вхід блока перетворення є одночасно першим входом блока формування верхньої грані та першим входом блока формування нижньої грані, а другий вхід блока перетворення є одночасно другим входом блока формування верхньої грані та другим входом блока формування нижньої грані, причому вихід блока формування верхньої грані є одночасно першим виходом пристрою, а вихід блока формування нижньої грані є одночасно другим виходом пристрою. 4 UA 95158 U 5 UA 95158 U 6 UA 95158 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7