Способ определения отношения сигналшум

Союз Советскик Соц алистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМХ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 800902 Ф17 .-;ф фФ(51)М. Кл. С 01 Р 29/26 Госуларствениый комитет СССР оо лелам изобретений н открытий(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 предлагаемомуявляется корреляционный способ определения отношения С/Ш, основанный наиспользовании статистических свойствполезного сигнала и помехи путемлинейного вычитания и сложения входного задержанного и незадержанногосигналов, представляющих собой аддитивную смесь полезного сигнала ипомехи, причем время аналоговой задержки выбирается в зависимости отинтервалов корреляции обеих составляющих входного сигнала. Способ осуществляется при следующей последовательности операций. Центрируют входной сигнал (отфильтровывают постоянную составляющую входного сигнала),20 центрированный сигнал задерживаютна время задержки й с . которое выбирают в зависимости от значений интервалов корреляциикс, ЕКщ полезного сигнала и флюктуационной.помехи соответственно так, чтобыЕш Сй 1 ССС . Задержанный и неэадержанный сигналы суммируют и вычитают,измеряют размахи суммарного и раэностного сигналов и определяют отношение этих размахов. Данное отноше 800902ние подВергают нелинейному преобразованию по закону, который определяют из соотношенияР1 г=нр=:., (1) где / - отношение С/Ш;К - отношение размахов суммарного и раэностногосигналов;г=г (ьс 1 - коэффициент корреляциимежду сечениями полезного сигнала, сдвинутыми на время задержки 12).Однако в известном способе, для преобразования отношения размахов К в отношение С/Ш / по приведенной 15 выше формуле необходимо знать корреляционную функцию полезного сигнала и интервалы корреляции помехи и сигнала. Определение корреляционной функции полезного сигнала является 20 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, З 5 вырабатывают знаковый сигнал одной полярности, при превышении центрированным сигналом нулевого уровня и противоположной полярности, при непревышении нулевого уровня, сравни вают полярности знаковых сигналов для выбранных интервалов времени, подсчитывают число совпадений полярностей знакового сигнала и общее числО сравнений полярностей Опреде 45 ляют 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- ц ментов времени, отстоящих на величину Тс = /о)с периода полезного сигнала связано с отношением / = Ч(Й С/Ш зависимостьюй(В 1 )=В (Р)= -0 1/) , (-"/К).б 5 Поэтому, измерив значение ЗКФ и преобразовав его по закону, обратномупроизведению функции Бесселя и экспоненты, получаем отношение С/Ш стребуемой для практики точностью.Значение ЗКФ получаем путем определения знака входного сигнала в моменты, задаваемые двумя последовательностями тактовых импульсов, одна иэ которых сдвинута относительно другойна период полезного сигнала д==. Т= 2 Ц (в радиолокации, например,этот период может быть равен периоду несущей частоты радиоимпульса),затем знаки сигналов в эти моментысравнивают, подсчитывают число энакосовпадений и определяют отношениечисла энакосовпадений к общему числу тактовых импульсов в одной последовательности, при которых производится определение знака входногослучайного сигнала,Способ Осуществляется следующимобразом.Центрируют входной сигнал, Этаоперация может осуществляться входным устройством, в качестве которогоприменяют центрирующие фильтры (фильтры высоких частот), Центрированиеявляется необходимой операцией приопределении корреляционных функций,так как в противном случае вместокорреляционных функций будут ОПрЕдЕляться 2-ые начальные моментные функции,Сравнивают центрированный сигналс нулевым уровнем в моменты времени, сдвинутые один относительно другого на временной интервал ь 1, равный периоду колебаний полезного сигнала 1 . Моменты сравнения могутбыть заданы двумя последовательностями тактовый импульсов, одна иэ которых сдвинута относительно другойна интервал Ь 6 , равный периоду полезного сигнала. Вырабатывают знаковый сигнал одной полярности, еслицентрированный сигнал в момент сравнения превысит нулевой уровень, ипротивоположной полярности, еслицентрированный сигнал в момент сравнения не превысит нулевого уровня.Операции сравнения и выработки знакового сигнала могут быть выполненытакими широко применяемыми техническими устройствами, как компараторы.Сравнивают полярности знаковыхсигналов для сдвинутого и несдвинутого моментов времени. Эта операцияможет быть осуществлена устройствами, реализующими логическую операцию коньюнкции (схемы совпадений,логические схемы И).Подсчитывают число совпадений полярностей знаковых сигналов и общеечисло сравнений полярностей этих сигналов,Определяют отношение числа совпадений полярностей к общему числуФормула изобретения еО 65 сравнении. Операции подсчета и определения отношения могут быть легкореализораны с помощью счетчиков иделителя частоты следования импульсов,Отношение числа совпадений полярностей знаковых сигналов (энакосовпадений ) к общему числу сравненийподвергают нелинейному преобразованию по закону, обратному произведению функции Бесселя и экспоненты.Это преобразование может быть осуществлено либо с помощью специализированного вычислительного устройства с регистрацией результата преобразования в цифровой форме, либос 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 входноеустройство 1, компараторы 2 и 3 .генератор 4 тактовых импульсов (ХИ ),схемы 5 и 6 совпадений, иннерторы7 и 8 схему 9 объединения счетчики 10 и 11 делитель 12 частоты,устройства 13-15 запрета функциональный преобразователь 16 и формирователи 17 и 18 импульсов,Устройство работает следующимобразом.Генератор 2 тактовых импульсоввырабатывает две последовательноститактовых импульсов, сдвинутых однаотносительно другои на интервал й,которые поступают на входы запретаустройств 13 и 14 запрета и установочные входы компараторон 2 и 3.При поступлении тактовых импульсов навходы запрета устройств 13 и 14 зтиустройства пропускают центрированный входной сигнал на нходы компараторов 2 и 3 для сравнения и выработки знакового сигнала. Компаратор 2вырабатывает знаковый сигнал определенной полярности, например положительной, при превышении центрированным сигйалом нулевого уровня в каРчестве которого выбран потенциалземли, и противоположной полярности, например отрицательной, еслицентрированный сигнал не превышаетнулевой уровень для моментов времени, определяемых одной последовательностью тактовых импульсов, акомпаратор 3 выполняет те же операции для моментов нремени, определяемых второй сдвинутой последовательностью тактовых импульсов. Схема 5 совпадения вырабатынает сигналпри совпадении положительной полярности знаковых сигналов на выходахкомпараторов 2 и 3, а схема 6 совпадения вырабатывает сигнал н случае совпадения отрицательных полярностейзнаковых сигналов. Формироьатели17 и 18 импульсов из сигналов навыходах схем 5 и 6 совпадений формируют импульсы, которые через схему 9 обьединения поступают на входсчетчика 10. Делитель 12 частоты исчетчик 11 подсчитывает общее числосравнений полярностей знаковых импульсов И , которое задается заранее. При достижении й сравненийсчетчик ,." выдает сигнал на устройство 15 запрета, которое пропускаетсигнал с выхода счетчика 10 на функциональный преобразователь 16. Приопределенном подборе коэффициента 15 деления в делителе 12 частоты числов счетчке д будет соответствоватьотношению числа знакосовпадений кобщему числу сравнений. Функциональный преобразователь преобразует по лученное соотношение по заданному закону в напряжение, соответствующеезначению отношения сигнал/шум, которое может быть, например, зарегистрировано обычным стрелочным прибором.Реализация способа с помощью рассмотренного устроистна происходитв т.чение заданного времени ТчВкоторое выбирается в зависимости оттребуемой точности оценинания отношения сигнал/шум и определяется числом пересчетных декад в делителечастоты. При этом не нужно знать априори вероятностно-статистическиесвойства и характеристики входногосигнала ( корреляционные функции и 35 интервалы корреляции полезного сигнала и помехи ), а необходимо лищьзнание периода с.:у 1 айного полезногосигнала со случайной ,)азои ( квазислучаиного сигнала) и ширины спектра 40 финитного белого шума, Быстродействие гредлагаемого способа, приблизительно, вдвое выше, чем известного.Кроме того, предлагаемый способ проще, т как для его реализации нетребуется выполнять операцию анало говой задержки. заданная ширинаспектра финитного белого шума, кратная частоте колебаний полезного сигнала со случайной фазой, может бытьобеспечена предварительной обработкой входного сигнала - пропусканиемвходного сигнала через формирующийфильтр с полосой пропускания, равной ширине спектра помехи, что нетребует дополнительных временных эа трат и не снижает быстродействия иэффективности 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.Панчерниковедактор Л.Пчелинская Техред С.Мигунова Корректор Г.Назаро ПодписноСР 0 Тираж 743 ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и отк 113035, Москва, Ж, Раушска ак атина4/ жгород, ул. Проектн илиал ППП Патент ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, сравниваютцентрированный сигнал с нулевым уровнем, вырабатывают знаковый сигнал одной полярностипри превышении центрированным сигналом нулевого уровняи противоположной полярности, принепревышении нулевого уровня, сравнивают полярности знаковых сигналовдля выбранных интервалов времени,подсчитывают число совпадений полярностей знакового сигнала и общеечисло 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 экспертизе1. Ткаченко А.П. и Кириллов В.И.Техника телевизионных измерений,Минск, "Высшая школа" 1976, с. 5963,т2, Ткаченко А.П. и Кириллов В.И.Техника телевизионных измерений.Минск, "Высшая школа", 1976, с. 6668 (прототип).