Устройство для измерения отношения”сигнал-шум

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социаписткческик Республик(22) Заявлено 060379 (21) 2738445/18-21 (51) М. ЖЛ. с присоединением заявки Йо(23) Приоритет 6 О 129/26 Государственный кокитет СССР по аелаи изобретений и открытии(53) УДК 621. 317. . 362 (088. 8) Дата опубликования описания 280281(54) У ТРОИСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯСИГНАЛ/ШУМ Изобретение относится к радиотехническим измерениям и связи и предназначено для измерения отношениясигнал/шум смеси сигналов с шумами,воздействуЮщимн на радиотехническиесистемы.Известно устройство, решающее задачи измерения и контроля отношениясигнал/шум в радиотехнических устройствах и каналах связи. В этом устройстве производится фиксация сигнала и шума в полосе спектра импульса, разделение сигнала и шума, раздельное определение модулей уровнясигнала и шума, сравнение полученного 15отношения модуля сигнала к модулю шума с заданным порогом 11.Недостатками устройства являютсяузкое функциональное назначение, от-,сутствие измерения отношения сигнал/ . 20шум, неприспособленность для работыс широким классом радиотехническихсигналов, а также низкая точностьизмерения отношения сигнал/шум,связанная с разделением входной смеси на шумовой н сигнальный компоненты путем фильтрации сигнала и шумав полосе спектра импульса.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является 30 устройство для измерения отношения сигнал/шум во время телевизионной передачи, содержащее пиковый детектор, вычислитель отношения сигнал/шум, селектор синхросигнала и детектор шума, а также включенные между входом устройства и входом детектора шума последовательно соединенные весовой фильтр и сумматор, на второй вход которого через линию задержки и инвертор подан сигнал с его выхода. Измерение отношения сигнал/шум в устройстве производится путем выделения из входной смеси телевизионного сигнала и шума компонента шума и синхроимпульсов телесигнала с последующим измерением ихсоотношения 2 3.Недостатками устройства являются невозможность проведения измерений отношения сигнал/шум в радиосистемах с другими, отличными от телевизионной, структурами сигналов, низкая точность результатов измерений, обусловленная использованием в качестве уровня полезного сигнала.огибающей синхросигалов, выделяемой пиковым детектором.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, выход которого подключен ко входу детектора шума, а также линию задержки и вычислитель отношения5 сигнал/шум, введены последовательно соединенные вторая линия задержки, )второй сумматор, блок вычитания, детектор, первый интегратор, второй интегратор, регистратор и полосовой Фильтр, выход которого соединен со входами линий задержек и сумматоров, выход первои линии задержки соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого подключен ко второму входу блоха вычитания, выходы интегра-)5 торов подключены ко входам вычислителя отношения сигнал/шум, выход которого через регистратор соединен с выходом устройства, а вход второго интегратора подключен к выходу детек тора шума.На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения отношения сигнал/шум.Устройство содеркит полосовой 25 фильтр 1, первый сумматор 2, первую линию 3 задержки, второй сумматор 4, вторую линию 5 задержки, блок б вычитания, детектор 7 шума, детектор 8, второй интегратор 9, вычислитель 10 отношения, первый интегратор 11, регистратор 12 и выход 13 устройства.Устройство работает следующим образом.Смесь сигнала и шума поступает на вход полосового фильтра 1.Входным сигналом могут быть радиосигналы с выхода усилителя промежуточной частоты радиопривмного устройства или сигналы несущей частоты с непрерывной амплитудной модуляцией. 40 Полосовой фильтр 1 имеет полосу пропускания, равную удвоенному значению верхней модулирующей частоты. При измерении отношения сигнал/шум радио - сигналов несущей частоты фильтр и ли нии задержек должны быть перестраиваемыми. После прохождения входной смеси сигнал/шум через такой фильтр случайный процесс становится узкополосным. если предположить, что час тотная характеристика фильтра имеет. прямоугольную Форму, т, е. энергетический спектр расчатриваемого случайного процесса имеет постоянную спектральную плотность в пределах полосы пропускания, то время корреляции1 2 ппгде аппп - полоса пропускания фильтра, 60 Г - время корреляции случайного процесса. Практически можно принять, что вне интервала Ск корреляция отсутствует. 65Выходной сигнал узкополосногофильтра 1 можно представить в виде О.=А 5)(о 9 р) Ж (2)где Юр - несущая (или промежуточная) частота радиосигнала;АЮ - закон изменения амплитуды при АМ;начальная фаза гармонического колебания;И М - реализация шумового процесса.Рассмотрим процесс измерения отношения сигнал/шум при работе с амплитудно-модулированным сигналом (2),Выделение шумовой реализации из входной смеси производится в сумматоре 2 путем суммирования (2) с выходным сигналом линии 3 задержки. Время задержки линии 3 выбирается изсловия1:(гИТ 22)где Тр - период несущей частоты,р - верхняя частота модулирующего напряжения А(с),И - 1,2,3 целые числа,т. е.- задержка равна нечетному числу полупериодов несущей частоты идолжна быть во много раз меньшевремени корреляции модулирующего нанрякения. При выбранной таким образом задержке сигнальная составляющая получает фазовый набег, кратныйС При этомВ результате суммирования (1) и (5)имеемО =(Ь)фИЬ-(2 И)Тс 2 (6)Т 16таким образом, на выходе сумматора 2 сигналы несущей частоты взаимоуничтожаются как противофаэные с равными амплитудами. Равенство амплитуд прямого и задержанного сигналов обеспечивается выполнением условия (Й).Зля шумовых составляющих выполнение этого условия равносильно следующему неравенствуибо)пп - 2 "В,Учитывая (7), (1) и (8) компоненты шумов и выражение (6), можно считать коррелированными между собой с коэФФициентом корреляции В Ф 1, В случае использования в качестве линий 3 и 5 задержек длинных линий с распределенными параметрами значение ( выбирается равным 1 - 2.В блоках 4 и 5 осуществлявтся предварительное выделение полезного сигнала несущей частоты. Для этого в линии 5 задержки производится задержка смеси сигнал/шум на время, равное четному числу полупериодов несущей частоты ИО)(2 ио 1При этом и выбирается так, чтобы выполнялось равенствоЭг э 1+( ,1Выходное напряжение линии 5 задержки имеет вид(аО18 = А Ю 51 И (Юо 1 + Мо) ФИ (1-И То), (1 З Суммирование сигналов (2) и (12) позволяет выделить удвоенную по амплитуде компоненту несущей частоты с шумами15 От 21 =2 АЮ 51 И Мои+То)Шумовые компоненты напряжений (6) и (13) полностью компенсируют 5 друг друга, ибо их временная задержка отличается на полпериода несущей частоты согласно (11), что пренвбрвжимо мало по сравнению с времвнвм корреляции шумового процесса, ЗОДля измерения уровня сигнала выходное напряжение блока б вычитания подается на детектор, выделяющий огибающую высокочастотного колебанияО, г.,: гд). И) 4) Интегратор 11 производит усреднение выходного сигнала детектора 8 с постоянной времени, определяемой временем корреляции модулирующвго на пряжения. Результат интегрирования среднее значение модулирующего напряжения - подается на один из входов вычислителя 10 отношения, на второй вход которого сигнал поступавт из цвпи усреднения шумов.Шумовое напряжение с сумматора 2 поступает на вход детектора 7 шума, производящего однополупериоднов или двухполпериодное выпрямление входного процесса с предварительным центрированием, те. Фильтрацивй постоянной составляющей. В интвграторв 9 производится усреднение центриро" ванного выпрямленного процесса с постоянной времени, большвй времени 55 корреляции шумов. Таким образом, блоки 7 и 9 реализуют операцию опредв" ления среднеквадратического отклонвния случайного процесса методом среднего выпрямленного. 60В вычислителе 10 отношения сигнал/шум путем установки коэффициента пропорциональности учитывавтоя тот Факт, что сигнал с выхода сум-. матора 2 представляет собой сумму д О = 2 А 51 И Ьио 1+Чо)+и(О+И (Ь-ИТо)ОЯ Окончательное выделение компонента полезного сигнала производится путем вычитания напряжений (6) и 3) 20 в блоке б вычитания коррелированных процессов с коэффициентом корреляции К1 и равнымисреднеквадратическими отклонениями.Известно, что дисперсия суммы коррелированных процессов равнабт =61266,. б(16)Учитывая, что б - бг , имеемб, =46.7)В этом случае оценка интенсивности шумов может быть представлена вследующем видев=чу, И 8)где ( - коэффициент, зависящий отвида функции распределениявероятностей шумового процесса.Результаты измерении отношения сиг"нал/шум с выхода блока 10 подаются нарегистратор 12 для регистрации в томили ином виде, Одновременно оценкаотношения сигнал/шум поступает навыход 13 устройства для использованияв текущем масштабе времени.Устройство для измерения отношения сигнал/шум с успехом выполняетсвои функции в случае воздействияна его квазидетерминированного сигнала с амплитудной модуляцией в смвси с аддитивным шумом. В этом случае выражение входного сигнала может быть записано такОт, -Аюьиа июм 1 ии ийгде А- случайный процесс, представляющий собой законизменения модулирующегонапряжения А(Ь) и мультипликативной помехи (6),Ч- случайная Фаза сигнала.Процесс выделения сигнала (19) аналогичен описанному выше, если только времена корреляции случайных процессов Д(1)и (Щ во много раз больше задержки в линиях 3 и 5.Предлагаемое устройство позволяет производить непрерывное измервние отношения сигнал/шум, для входной смеси шума и амплитудно-модулированного сигнала с различными законами модуляции. Устройство имеет повышенную чувствительность по сравнению с известными за счет измерения отношения удвоенного по амплитуде сигнала к величине дисперсии суммы коррелированных шумовых процессов, равной учетверенной дисперсии входного случайного процесса.Непрерывность процесса измврения и регистрация оценки отношения сигнал/ шум позволяет испольэовать устройст.во для контроля достоверности прини-. маемой информации в случаях, когда последняя определяется величиной отношения сигнал/шум принимаемой смвси (например телевидение, цифровыв линии связи и т. д.).808996 Формула изобретения Составитель О, Панчерниковевченко Техред М.Рейвес; Корректор О Билак едакт Заказ 406/50ВНИИПИ Госудпо делам113035, Москва,аж 743ного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д, 4 Тир рстве эобрет Ж, писное ППП "Патент", г. Ужгород,.ул. Проектная, 4 фили Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, выход которого подключен ко входу детектора шума, а также линию 5 задержки и вычислитель отношения сигнал/шум, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей, в него введены последовательно соединенные вторая 1 О линия задержки, второй сумматор, блок вычитания, детектор, первый интегратор, второй интегратор, регистратор и полосовой фильтр, выход которого соединен со входами линий задержек и сумматоров, выход первой линии задержки соединен со вторым эходом первого сумматора, выхсд которого подключен ко второму входу блокавычитания, выходы интеграторов подключены ко входам вычислителя отношения сигнал/шум, выход которогочерез регистратор соединен с выходомустройства, а вход второго интегратора подключен к выходу детекторашума. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР Р 364113, кл. Н 04 В 1/1.0,2, Авторское свидетельство СССР Р 399081, кл. Н 04 й 7/02 (прототип).