Устройство для оптимальной компенсации случайных сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ,РЕСПУБЛИК 8 Ива 0 ЙЫУДАРСТВЕННЫ ПО ЕЛАМ ИЗОБ ОМИТЕТ ССС Й И ОТНРЬ А РЕТЕНИ (ТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ с(72) К.К.Деньщиков, Р.И.Муратова, Г.Б.Мясоедов и В.М.Тимофеев (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В.И.Ульянова (Ленина) (53), 62-50(088.8)(56) 1. Катыс Г.П. Информационные сканирующие систеьы. М., фМашиностроение, 1965, с.338-343.2. Местов Н,С. Выделение опти-. ческих сигналов на фоне случайных помех. М., ффСоветское радиоф, 1967, с.183 (прототип);(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОМПЕНСАЦИИ СЛУЧАЙНЫХ СИГНАЛОВ,одержащеедва усилителя, вход каждого из которых является .одним иэ двух входов устройства, и сумматор, первый вход которого соединен с вы-, ходом первого усилителя, а второй вход - с выходом второго усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены последовательно соединенные умножитель, Фильтр и интегратор, первый вход умножнтеля соединен с выходом сумматора, а второй вход - с выходом второго усилителя, причем второй усилитель выполнен в виде усилителя с перемен-, ным коэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключенО выход интегратора.(4) 10 фбМ, б,уФ 60 65 Изобретение относится к автоматике и предназначено для Формированияинформативного сигнала.В автоматике существует необходимость выделения из двух коррелированных случайных сигналов, посту 5пающих на соответствующие входыустройства, их некоррелированнойчасти, используемой далее в качестве полезного сигнала н схеме устройства.Известно устройство, предназна"ченное для формирования информативного сиГнала путем схемной обработки входных сигналов П каналов (1) .Недостаток данногоустройства эаключается в невозможности полученияминимума дисперсии помехи в результирующем канале устройстна вследствиеотсутствия регулировки величины дисперсий входных сигналах, которая позволила бы осуществить оптимальноевыделение полезнбго сигнала.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяустройство, содержащее два усилителя,25вход каждого из которых является одним иэ двух входов устройства, и сумматор, первый вход которого соединен с выходом первого усилителя, авторой нход - с выходом второго усилителя )21 .Однако изВестное устройство характеризуется невозможностью обеспечения высокой точности работы вслед ствие неоптимального выделения по-лезного сигнала, при этом диапазон 35его эффективного использования ограниченгустройство является работоспособным только при высокой,степени взаимной коррелированностивходных сигналов. Действительно,положим, что величина сигнала в разностном канале(1)где.( и- случайные нходные сигналы.Дисперсия сигнала в разностномканале при бесконечном интервале.осреднения где 6 - дисперсия сигнала в первом2канале;6 - дисперсия сигнала во втором канаде;коэффициент взаимной корреляции входных сигналовиНаличие в канале устройства усилителей с автоматической регулировкой усиление обеспечивает равенст-, во дисперсий, т,е,.возможно.ф: (з)Ч Дисперсия сигнала в разностномканале в этом случае Т.е. дисперсия сигнала в разностном канале линейно зависит от коэффициента взаимной корреляции входных сигналов, Поданление помехив разностном канале наблюдается толь.ко при значениии э 0,5, а при тенденции+ 0 дисперсия помехи линейно увеличивается и в пределе при(5)Цель изобретения - повышение точности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для оптимальной компенсации случайных сигналов дополнительно введены последовательносоединенные умножитель, фильтр иинтегратор, первый вход умножителясоединен с выходом сумматора, авторой вход - с выходом второго усилителя, причем второй усилитель ныполнен в виде усилителя с переменнымкоэффициентом усиления, к управляющему входу которого подключен выход интегратора.Введение в устройство дополнительных блоков, закоммутированныхопределенным образом, дает возможность оптимальным образом производить выделение из двух коррелированных случайных сигналов на входахустройства их некоррелированной части, причем дисперсия и коррелированность этих сигналов могут варьироваться в широких пределах. Приэтом предлагаемое устройство обеспечивает получение в результирующем канале минимум дисперсии помехвходных сигналов путем осуществления автоматической компенсации этихпомех в широких пределах измененияпараметров входных сигналов. Максимальное подавление помех в результирующем канале, т.е. оптимальное выделение полезного сигнала в широком диапазоне изменения параметров входных сигналов, позволяет использовать эффективным образом предлагаемое устройство в .ка" честве автоматического (адаптивного) компенсатора случайных сигналов. На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - блок-схема уеилителя; на фиг.З зависимость величины дисперсии помехи от величины коэффициента корреляции.(б) Устрбйство содержит первый 1 и второй 2 усилители, сумматор 3, умножитель 4, фильтр 5 и интегратор б.Усилитель 2 содержит операционный усилитель 7, резисторы 8 и 9 и полевой транзистор 10.В качестве усилителей 1 и 2, выполненных по схеме с автоматической регулировкой усиления, может быть использован операционный усилитель типа 284 УД 1. В качестве усилителя 2 с переменным коэффициентом усиления используется тот же тип усилителя 284 УД 1, только на выходе имеется делитель напряжения, состоящий иэ постоянного резистора 8 и полевого транзистора 10 типа КП 301, проводимость которого меняется в зависимости от величины управляющего напряжения, поступающего на его затвор с фильтра 5. При этом входное напряжение, усилителявхЗ 4 К+ Н т тР ф где "тр - сопротивление перехода сток 25исток транзистора;ОВУ- входной сигнал, поступающий на делитель.ели( (ТР то 84 Пз30 Таким образом, напряжение на входе операционного усилителя, имеющего большое входное сопротивление, изменяется пропорционально изменениюсопротивления )(тР , которое меняется под воздействием управляющего напряжения, поступающего на затвор транзистора.Сумматор 3 может быть выполнен на.операционном усилителе, на" пример, типа 525 ПС 1, Фильтр низких 40 частот представляет собой стандартную 2 С -цепочку. Умножитель 4 может быть выполнен.по схеме типа 525 ПС 1. Интегратор б может быть реализован на любом операционном усилителе, 45 напрймер 284 УД 1., Устройство работает следующим образом..На входы устройства поступают два случайных коррелированных сиг нала ( и. Величина коэффициента взаимной корреляции этих сигналов может принимать любое значение в интервале 0-1, При этом в одном из каналов осуществляется подстройка 55 коэффициента передачи, например, по сигналу ф Оба сигнала поступают на входы сумматора, где производится их алгебраическое суммирование (вычитание) С выхода сумматора результирующий сигнал у поступает в раэностный канал схемы.Величина его а дисперсич 6 при .бесконечном интервале осреднения определяется выражением где Ь - дисперсия сигнала в первомканале (по первому входу);б - дисперсия сигнала во втором канале (по второму вхо"ду);коэффициент передачи второго канала;коэффициент взаимной корреляции входных сигналови.Минимум дисперсии в разностном канале получается при оптимальном коэффициенте передачи 1 второго канала при условии1д, (8)(9)ЧС учетом выражения (9) сигнала в разностном канале Я .г,г гд,(4 Сопоставляя графики, определяющие, зависимость величины дисперсии помехи в разностных каналах предлагаемого устройства и прототипа от величины коэффициента корреляции (фиг.3), можно сделать вывод, что предлагаемое устройство имеет лучшее подавление Помехи в раэностном канале и обладает раббтоспособностью в более широком диапазоне значений коэффициента взаимной корреляции. Для поддержания минимума дисперсии помехи в разностном сигнале необхо-димо обеспечить оптимальный коэффициент передачи входного сигнала по второму каналу. Эту операцию можно осуществить с помощью астатического регулятора, состоящего из ум" ножителя 4, фильтра 5 низких частот и интегратора 6. В умножителе 4 происходит перемножение регулируемого входного сигнала ).и сигйала разностного канала, в результате чего иа его выходе имеется напряжение)/, 4 :су-К у,. (1 Ъ)На выходе Фильтра низких частот напряжение определяется выражениемТ9 т,) ЯТ 2 Т 4-Т -т -ТВ установившемся режиме сигнал на выходе фильтра равен нулю, т.е.-тгде 2 Е й )ц(1 й - оценка коаффн 1цнента взаимнойкорреляции вход- Оных сигналов; я4(1) 31 - оценка диспер 1 1 2сии сигнала врегулируемом канале.5йри неограниченном интервале осреднения выражение (14) преобразует- ся в выражение (9). Таким образом, астатический регулятор, состоящий нз умножителя 4, фильтра 5 .низких час тот и интегратора б, обеспечивает поддержание оптимального коэффициента передачи в одном из каналов схе нИ еВведение в ус.ройство умножите ля 4, фильтра.5 низких частот и интегратора б, включенных в схему соответствующим образом, позволяет осуществить получение минимума дисперсии помехи входного сигнала в раз.ностном канале схемы и тем самкамнаилучшим образом выделить полезныйсигнал, определяющий эффективностьприменения предлагаемого устройства, а также высокие точностные качества его работы. Предлагаемоеустройство обеспечивает увеличениесоотношения сигнал/помеха по сравнению с прототипом во всем диапазоне возможных изменений коэффициента взаимной корреляции случайныхсигналов, причем дисперсия и коррелированность входных сигналов может изменяться в широких пределах.В этих условиях осуществляется,компенсация коррелированной части сигналов оптимальным образом Преддагаемое устройство, таким образом, про"изводя автоматическую компенсациюпомех входного сигнала является устройством оптимальной,компенсациислучайных сигналов,.адаптивно компенсатором случайных сигналов. 1Ожидаемый годовой экономический эффект от максимального использования изобретения составляет 53500 руб.У