RU2456743C1 - Method for adaptive noise suppression - Google Patents

Method for adaptive noise suppression Download PDF

Info

Publication number
RU2456743C1
RU2456743C1 RU2011106334/08A RU2011106334A RU2456743C1 RU 2456743 C1 RU2456743 C1 RU 2456743C1 RU 2011106334/08 A RU2011106334/08 A RU 2011106334/08A RU 2011106334 A RU2011106334 A RU 2011106334A RU 2456743 C1 RU2456743 C1 RU 2456743C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
interference
samples
signal
useful signal
spectrum
Prior art date
Application number
RU2011106334/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Тарасович Матюшин (RU)
Олег Тарасович Матюшин
Сергей Евгеньевич Варивода (RU)
Сергей Евгеньевич Варивода
Александр Александрович Густелёв (RU)
Александр Александрович Густелёв
Алексей Владимирович Кольцов (RU)
Алексей Владимирович Кольцов
Алексей Васильевич Степин (RU)
Алексей Васильевич Степин
Анатолий Никифорович Черноплеков (RU)
Анатолий Никифорович Черноплеков
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" (ОАО "ОКБ МЭИ")
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" (ОАО "ОКБ МЭИ"), федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВПО "НИУ МЭИ") filed Critical Открытое акционерное общество "Особое конструкторское бюро Московского энергетического института" (ОАО "ОКБ МЭИ")
Priority to RU2011106334/08A priority Critical patent/RU2456743C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2456743C1 publication Critical patent/RU2456743C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: method for adaptive noise suppression consists in the fact that a transfer function is generated automatically as adaptive to noise, which efficiently suppresses arbitrary noise of unknown spectrum, to generate such a transfer function, the inlet mixture of a signal and noise is digitised, a count sequence is separated into two flows, in every of which a count sequence is multiplied by a weight function, discrete Fourier transforms are calculated, spectra are averaged, a discrete suppression function is generated, this function is multiplied with spectra, reverse discrete Fourier transforms are calculated, results are divided into a weight function, the outlet signal is generated by an alternate selection of a half of counts in each flow.
EFFECT: efficient suppression of both narrow band and wide band noise at an outlet of a receiving device, when noise capacity of an unknown spectrum substantially exceeds signal capacity.
3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области радиотехники и применяется в системах приема и обработки радиосигналов, в частности в цифровых системах передачи информации, работающих в условиях действия радиопомех (далее помех).The invention relates to the field of radio engineering and is used in systems for the reception and processing of radio signals, in particular in digital information transmission systems operating under radio interference (hereinafter referred to as interference).

Известен способ подавления помех в приемниках сложных сигналов [1]. При данном способе входной сигнал в смеси с помехой обрабатывается выравнивающим фильтром и далее обрабатывается фильтром, согласованным с сигналом. Принцип работы устройства при помехе с произвольным спектром заключается в использовании выравнивающего фильтра, который приводит помеху с неравномерным энергетическим спектром Gп(ω) к помехе с равномерным спектром и спектральной плотностью Qп.A known method of suppressing interference in receivers of complex signals [1]. With this method, the input signal in the mixture with interference is processed by an equalizing filter and then processed by a filter matched with the signal. The principle of operation of the device in case of interference with an arbitrary spectrum is to use an equalization filter, which leads to interference with an uneven energy spectrum G p (ω) to interference with a uniform spectrum and spectral density Q p .

Спектр помехи выравнивается фильтром, модуль функции, передачи которого |K(ω)| удовлетворяет условиюThe interference spectrum is aligned by a filter, the module of the function whose transmission | K (ω) | satisfies the condition

Gп(ω)|K(ω)|2=Qп откуда |K(ω)|2=Qп/Gп(ω).G p (ω) | K (ω) | 2 = Q n, whence | K (ω) | 2 = Q p / G p (ω).

Фазовая характеристика этого фильтра может быть любой. Фильтр, обеспечивающий эту операцию, называется амплитудно-частотным выравнивателем, или просто выравнивателем или обеляющим фильтром. Сигнал sвых(t) на выходе выравнивателя имеет энергетический спектрThe phase characteristic of this filter can be any. The filter providing this operation is called an amplitude-frequency equalizer, or simply an equalizer or a whitening filter. The signal s o (t) at the equalizer output has an energy spectrum

Gсф(ω)=Gс(ω)|K(ω)|2=|Sc(ω)|2|K(ω)|2, гдеG sf (ω) = G with (ω) | K (ω) | 2 = | S c (ω) | 2 | K (ω) | 2 where

Sc(ω) - спектральная плотность или просто спектр сигнала;S c (ω) is the spectral density or simply the spectrum of the signal;

Gc(ω) - энергетический спектр сигнала после фильтрации.G c (ω) is the energy spectrum of the signal after filtering.

Таким образом, на выходе выравнивателя помеха получает равномерную спектральную плотность мощности Qп, а сигнал - спектр Gсф(ω). Для такого сигнала и помехи с равномерной интенсивностью согласованный фильтр имеет передаточную функцию, комплексно-сопряженную со спектром сигнала.Thus, at the output of the equalizer, the interference receives a uniform power spectral density Q p , and the signal - the spectrum G cf (ω). For such a signal and interference with uniform intensity, the matched filter has a transfer function complex conjugate to the signal spectrum.

Такой приемник пропускает элементарный интервал частот с усилением, пропорциональным амплитуде спектральной составляющей сигнала и обратно пропорциональным спектральной интенсивности помехи в этом частотном интервале. Отношение сигнал-помеха на выходе этого фильтра тем выше, чем больше различие в спектрах сигнала и помехи. В общем случае максимумы и минимумы интенсивности в спектре помехи имеют случайное распределение по оси частот. Поэтому выравниватель должен помехи имеют случайное распределение по оси частот. Поэтому выравниватель должен быть устройством с частотной характеристикой, меняющейся во времени. Если представить себе выравниватель в виде набора параллельно включенных узкополосных фильтров с не перекрывающимися частотными характеристикамиSuch a receiver passes an elementary frequency interval with amplification proportional to the amplitude of the spectral component of the signal and inversely proportional to the spectral intensity of the interference in this frequency interval. The signal-to-noise ratio at the output of this filter is higher, the greater the difference in the spectra of the signal and interference. In the general case, the intensity maxima and minima in the interference spectrum have a random distribution along the frequency axis. Therefore, the equalizer should the interference have a random distribution along the frequency axis. Therefore, the equalizer should be a device with a frequency response that varies over time. If you imagine an equalizer in the form of a set of parallel-connected narrow-band filters with non-overlapping frequency characteristics

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

форма и полоса i-го узкополосного фильтра должна определяться формой сигнала и спектральной плотностью помехи в i-м частотном интервале.the shape and band of the i-th narrow-band filter should be determined by the waveform and the spectral density of the interference in the i-th frequency interval.

Недостатком такого способа является трудность реализации, заключающаяся, прежде всего в том, что вычисление спектра сигнала должно выполняться на интервале времени его существования. Подавление помехи будет не эффективно, например, в системах передачи информации, осуществляющих прием непрерывно поступающих сигналов на фоне постоянно действующих помех в течение достаточно продолжительного времени.The disadvantage of this method is the difficulty of implementation, consisting primarily in the fact that the calculation of the spectrum of the signal must be performed on the interval of its existence. Interference suppression will not be effective, for example, in information transmission systems that receive continuously incoming signals against a background of constantly acting interference for a sufficiently long time.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками первого аналога: линейное усиление суммы полезного сигнала и помех.Signs of the invention, coinciding with the signs of the first analogue: linear amplification of the sum of the useful signal and interference.

Известен способ компенсации внутриканальных аддитивных радиопомех в приемниках амплитудно-модулированных, частотно и фазоманипулированных радиосигналов и устройство для его осуществления [2], в котором производят выделение компенсирующего сигнала помехи из принимаемой смеси полезного сигнала и сигнала помехи путем формирования отсчетов сигнала помехи в моменты нулевых значений полезного сигнала в принимаемой аддитивной смеси.A known method of compensating for in-channel additive radio interference in receivers of amplitude-modulated, frequency and phase-shifted radio signals and a device for its implementation [2], which produce the compensation of the interference signal from the received mixture of the useful signal and the interference signal by generating samples of the interference signal at times of zero values of the useful signal in the received additive mixture.

Недостатком этого способа является необходимость синхронизации, т.е. знания реальной фазы сигнала. Схемы синхронизации усложняют достижение цели и неработоспособны в условиях дрейфа фазы сигнала, который неизбежен.The disadvantage of this method is the need for synchronization, i.e. knowledge of the real phase of the signal. Synchronization schemes complicate the achievement of the goal and are inoperative in the conditions of a phase drift of the signal, which is inevitable.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками второго аналога: линейное усиление суммы полезного сигнала и помех, дискретизация этой суммы сигналов.Signs of the invention, coinciding with the signs of the second analogue: linear amplification of the sum of the useful signal and interference, discretization of this sum of signals.

Наиболее близким по выполняемым операциям является способ компенсации узкополосных помех [3], который принят за прототип изобретения.The closest to the operations performed is a method of compensating narrowband interference [3], which is taken as a prototype of the invention.

Данный способ компенсации помех основан на большом сходстве спектров отсчетов помехи, взятых в нулевых и ненулевых точках несущей частоты сигнала. Для получения отсчетов помехи, взятых в нулевых точках сигнала, формируется зеркальный спектр. С целью достижения эффекта компенсации (подавления) помехи в способе осуществляется усиление входного воздействия, фильтрация в полосе сигнала, дискретизация и вычисление прямого дискретного преобразования Фурье (ДПФ). В результате формируется дискретный спектр Sвх(k). Для формирования его зеркального спектра Z(k), реальная часть Re[Z(k)] на частоте k заменяется на Re[Sвх(2k0-k)] (k0 - номер спектрального отсчета, соответствующий несущей частоте сигнала) и мнимая часть Im[Z(k)] заменяется на -Im[Sвх(2k0-k)]. Далее формируется модуль спектра выходного (восстановленного) сигнала Sвых(k) по формулеThis method of noise compensation is based on the large similarity of the spectra of interference samples taken at zero and non-zero points of the carrier frequency of the signal. To obtain interference samples taken at zero points of the signal, a mirror spectrum is formed. In order to achieve the effect of compensation (suppression) of interference in the method, the input effect is amplified, filtering in the signal band, sampling and calculation of the direct discrete Fourier transform (DFT). As a result, a discrete spectrum S in (k) is formed. To form its mirror spectrum Z (k), the real part of Re [Z (k)] at frequency k is replaced by Re [S in (2k 0 -k)] (k 0 is the number of the spectral reference corresponding to the carrier frequency of the signal) and the imaginary the part of Im [Z (k)] is replaced by -Im [S in (2k 0 -k)]. Next, the module of the spectrum of the output (restored) signal S o (k) is formed according to the formula

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

Для получения комплексного спектра восстановленного сигнала модуль |Sвых(k)| умножают на фазовую функцию exp[θ(k)]=Sвх(k)/|Sвх(k)|. Затем вычисляют обратное ДПФ (ОДПФ) и формируют отсчеты выходного сигнала sвых(n) с подавленной помехой.To obtain the complex spectrum of the reconstructed signal, the module | S o (k) | multiply by the phase function exp [θ (k)] = S in (k) / | S in (k) |. Then calculate the inverse DFT (ODPF) and form samples of the output signal s o (n) with suppressed interference.

Однако данный способ имеет недостатки, из которых наиболее существенными можно назвать следующие: невозможность работы в условиях, когда мощность помехи существенно превышает мощность сигнала, и недостаточную помехоустойчивость при приеме непрерывно поступающих сигналов на фоне помех.However, this method has disadvantages, the most significant of which are the following: the inability to work in conditions where the interference power significantly exceeds the signal power, and insufficient noise immunity when receiving continuously incoming signals against a background of interference.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками прототипа:Signs of the invention, coinciding with the signs of the prototype:

- линейное усиление суммы полезного сигнала и помех;- linear amplification of the sum of the useful signal and interference;

- дискретизация этой суммы сигналов;- discretization of this sum of signals;

- формирование спектра суммы полезного сигнала и помех посредством дискретного преобразования Фурье (ДПФ), полученных отсчетов этой суммы сигналов, и обратного дискретного преобразовании Фурье (ОДПФ).- the formation of the spectrum of the sum of the useful signal and interference by means of a discrete Fourier transform (DFT), obtained samples of this sum of signals, and an inverse discrete Fourier transform (DFT).

Настоящее изобретение - способ адаптивного подавления помех решает задачу повышения помехоустойчивости при приеме цифровой и аналоговой информации, передаваемой с использованием различных видов модуляции, в том числе при приеме непрерывно поступающих сигналов на фоне меняющихся во времени помех с неизвестным спектром и в условиях, когда мощность помехи существенно превышает мощность сигнала.The present invention is a method of adaptive noise reduction solves the problem of improving noise immunity when receiving digital and analog information transmitted using various types of modulation, including the reception of continuously incoming signals against a background of time-varying interference with an unknown spectrum and in conditions where the interference power is significant exceeds signal strength.

Технический результат изобретения - эффективное подавление как узкополосных, так и широкополосных помех на выходе приемного устройства, когда мощность помехи с неизвестными спектром существенно превышает мощность сигнала.The technical result of the invention is the effective suppression of both narrowband and wideband interference at the output of the receiving device, when the interference power with an unknown spectrum significantly exceeds the signal power.

Предложенный способ не требует введения синхронизации по фазе или по частоте и может быть применен для адаптивного подавления помех в трактах усиления сигналов высокой или промежуточной частоты.The proposed method does not require the introduction of phase or frequency synchronization and can be used for adaptive interference suppression in the amplification paths of high or intermediate frequency signals.

Разработанный способ адаптивного подавления помех имеет различные варианты его реализации. Выбор конкретной реализации способа обусловлен функциональными задачами и областью его практического использования.The developed adaptive interference suppression method has various options for its implementation. The choice of a specific implementation of the method is due to functional tasks and the field of its practical use.

Способ адаптивного подавления помех при отсутствии внешней информации о характеристиках помехи реализуют следующим образом. Для эффективного подавления помех строится процедура обработки входного сигнала, автоматически адаптирующая параметры подавления помех к текущей помеховой обстановке. При решении задачи используются данные об энергетическом спектре принимаемого сигнала Gс(ω), которые являются известными. Для формирования требуемой передаточной функции производят усиление аддитивной суммы полезного сигнала и помех, ее дискретизацию, в результате которой формируют непрерывный поток отсчетов sвх(n) смеси полезного сигнала и помех.The adaptive interference suppression method in the absence of external information about the interference characteristics is implemented as follows. To effectively suppress interference, an input signal processing procedure is being built that automatically adapts the interference suppression parameters to the current interference environment. When solving the problem, data on the energy spectrum of the received signal G c (ω), which are known, are used. To form the required transfer function, the additive sum of the useful signal and interference is amplified, its discretization is performed, as a result of which a continuous stream of samples s in (n) of the mixture of the useful signal and interference is formed.

Этот поток распределяют в два потока: в первый поток (поток А) непрерывно следующих друг за другом пакетов sA(r,j) отсчетов по N отсчетовThis stream is distributed in two streams: into the first stream (stream A) of packets s A (r, j) of samples continuously following each other, samples of N samples

sA(r,j)=sвх(rN+j), гдеs A (r, j) = s in (rN + j), where

r=-∞,…,0,1,2,…,+∞ - номер пакета;r = -∞, ..., 0,1,2, ..., + ∞ - packet number;

j=0,1,2,…,N-1 - номер отсчета в каждом пакете, и во второй поток (поток В), в который входят отсчеты входного сигнала, сдвинутые относительно потока А на N/2 отсчетовj = 0,1,2, ..., N-1 is the reference number in each packet, and in the second stream (stream B), which includes the samples of the input signal shifted relative to stream A by N / 2 samples

Figure 00000003
Figure 00000003

Затем в каждом пакете производят умножение отсчетов на значения весовой функции W(j) при j=0,…,N-1, используя эти произведения uА,В(r,j)0=sА,B(r,j)·W(j) для каждого пакета, вычисляют N-точечные ДПФ, получают спектральные компоненты SA,B(r,k), квадраты модулей |SA(r,k)|2 при k=0,…,N-1, накапливают и усредняют, например, по формулеThen, in each package, the samples are multiplied by the values of the weight function W (j) for j = 0, ..., N-1, using these products u A, B (r, j) 0 = s A, B (r, j) W (j) for each packet, calculate the N-point DFTs, obtain the spectral components S A, B (r, k), the squares of the modules | S A (r, k) | 2 for k = 0, ..., N-1, accumulate and average, for example, by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

В качестве весовых функций используют, например, одну из функцийAs weight functions use, for example, one of the functions

Хэмминга [4, стр.92]Hamming [4, p. 92]

W(j)=0.54-0.46cos(27πj/(N-1));W (j) = 0.54-0.46cos (27πj / (N-1));

или Блэкмана [4, стр.187]:or Blackman [4, p. 187]:

W(j)=0.42-0.5cos(2πj/(N-1))+0.08cos[4πj/(N-1)];W (j) = 0.42-0.5cos (2πj / (N-1)) + 0.08cos [4πj / (N-1)];

или Кайзера [5, стр.109]:or Kaiser [5, p. 109]:

Figure 00000005
, где
Figure 00000005
where

I0(x) - модифицированная функция Бесселя нулевого порядка;I 0 (x) is the modified zero-order Bessel function;

β - параметр, определяющий характеристики весовой функции.β is a parameter that determines the characteristics of the weight function.

Далее, используя полученные усредненные квадраты модулей спектральных компонентов

Figure 00000006
и известный энергетический спектр сигнала Gс(ω), на основании выражения для оптимального по критерию максимума отношения сигнал - помехи на выходе подавителя помех [6, стр.134] передаточной функции подавителя помех Kопт(ω)=Gс(ω)/[Gс(ω)+Gп(ω)], где Gс(ω) - энергетический спектр сигнала, Gп(ω) -энергетический спектр помех, формируют текущую функцию подавления Pr(k) помех по формулеFurther, using the obtained averaged squares of the modules of the spectral components
Figure 00000006
and the well-known energy spectrum of the signal G c (ω), based on the expression for the optimum signal-to-noise ratio according to the criterion maximum, at the output of the interference suppressor [6, p.134] the transfer function of the interference suppressor K opt (ω) = G s (ω) / [G c (ω) + G p (ω)], where G c (ω) is the energy spectrum of the signal, G p (ω) is the energy spectrum of interference, form the current interference suppression function P r (k) according to the formula

Figure 00000007
, где
Figure 00000007
where

k=0,…,N-1,- номер спектрального компонента;k = 0, ..., N-1, is the number of the spectral component;

ωk=2πFдk/N - отсчетные значения частоты;ω k = 2πF d k / N - reference frequency values;

Fд - частота дискретизации.F d - sampling rate.

Далее, в каждом потоке в каждом пакете компоненты функций подавления Рr(k) перемножают со спектральными отсчетами SA,B(r,k) и вычисляют N-точечные ОДПФ от данных произведений sодпфA(r,j) и sодпфВ(r,j), которые делят на весовую функцию, получая в каждом потоке непрерывные потоки пакетов отсчетов суммы полезного сигнала и помех sвыхА(r,j)=sодпфВ(r,j)/W(j) и sвыхВ(r,j)=sодпфВ(r,j)/W(j).Further, in each stream in each packet, the components of the suppression functions P r (k) are multiplied with the spectral samples S A, B (r, k) and N-point ODPFs from these products s odfpA (r, j) and s odpfV (r , j), which are divided by the weight function, receiving in each stream continuous streams of packets of samples of the sum of the useful signal and interference s output А (r, j) = s odpfV (r, j) / W (j) and s output (r, j ) = s odpfB (r, j) / W (j).

Выходной сигнал формируют в виде непрерывно следующих друг за другом его отсчетов, поочередно выбирая из каждого потока по N/2 отсчетов по формулеThe output signal is formed in the form of continuously following one after another its samples, alternately choosing from each stream according to N / 2 samples according to the formula

Figure 00000008
, где
Figure 00000008
where

r=-∞,…,0,1,2,…,+∞ - номер пакета;r = -∞, ..., 0,1,2, ..., + ∞ - packet number;

Figure 00000009
- номер отсчета в пакете.
Figure 00000009
- reference number in the packet.

При конкретной реализации настоящего изобретения значения частоты дискретизации Fд, величину N, весовую функцию W(j), величину М выбирают, исходя из аппаратурных возможностей и доступных вычислительных ресурсов. При этом для формирования неискаженного спектра входного, полезного сигнала должно выполняться требование Fд≥2ΔF, где ΔF - ширина спектра полезного сигнала.In a specific implementation of the present invention, the values of the sampling frequency F d , the value of N, the weight function W (j), the value of M are selected based on the hardware capabilities and available computing resources. Moreover, to form an undistorted spectrum of the input, useful signal, the requirement F d ≥2ΔF, where ΔF is the spectrum width of the useful signal, must be met.

Вторым вариантом патентуемого способа адаптивного подавления помех является процедура обработки входного сигнала, когда известно спектральное положение быстро меняющейся узкополосной помехи. В этом случае производят полное подавление спектра в заданном частотном диапазоне действия помехи, для чего модифицируют функцию подавления помех, вычисленную по первому варианту, приравнивая ее нулю в заданном спектральном диапазоне действия флюктуирующих помех.A second embodiment of a patented adaptive interference suppression method is an input signal processing procedure when the spectral position of a rapidly changing narrowband interference is known. In this case, the spectrum is completely suppressed in a given frequency range of the interference, for which the interference suppression function calculated according to the first embodiment is modified, equating it to zero in the given spectral range of fluctuating interference.

Третьим перспективным направлением реализации патентуемого способа адаптивного подавления помех является вариант, который позволяет подавление помех совместить с повышением избирательности по соседнему каналу трактов усиления несущей и промежуточной частоты. В этом случае модифицируют функцию подавления помех, вычисленную по первому варианту, приравнивая ее нулю вне частотного диапазона полезного сигнала. При этом подавление спектра помех остается эффективным от 5 до 90 дБ.The third promising direction for the implementation of the patented method of adaptive interference cancellation is an option that allows combining the interference cancellation with increasing selectivity on the adjacent channel of the carrier and intermediate frequency amplification paths. In this case, the interference suppression function calculated according to the first embodiment is modified, equating it to zero outside the frequency range of the useful signal. At the same time, suppression of the interference spectrum remains effective from 5 to 90 dB.

Отличительные признаки изобретенияFeatures of the invention

Отсчеты дискретизированной суммы полезного сигнала и помех sвх(n) распределяют в два потока непрерывно следующих друг за другом пакетов отсчетов суммы полезного сигнала и помех по N отсчетов: в поток А с отсчетами sA(r,j)=sвх(rN+j) и поток В с отсчетамиSamples of the discretized sum of the useful signal and interference s in (n) are distributed in two streams of packets of samples of the sum of the useful signal and interference in N samples continuously continuously following each other: into stream A with samples s A (r, j) = s in (rN + j) and stream B with samples

Figure 00000010
Figure 00000011
Figure 00000010
Figure 00000011

сдвинутыми относительно потока А на N/2 отсчетов (r - номер пакета, j - номер отсчета в пакете), в обоих потоках для каждого пакета отсчеты суммы полезного сигнала и помех умножают на отсчеты весовой функции W(j). Для каждого пакета полученных произведений посредством N-точечного ДПФ вычисляют спектр суммы полезного сигнала и помех, для каждой составляющей спектра под номером k вычисляют компоненты функции подавления помех Pr(k), как частное от деления известных квадратов модулей составляющих спектра полезного сигнала на усредненный квадрат модулей компонентов вычисленного спектра, умножают спектр на функцию подавления помех, вычисляют ОБПФ произведения и делят результат на весовую функцию. Из полученных отсчетов формируют выходной полезный сигнал с подавленными помехами в виде непрерывно следующих друг за другом отсчетов, поочередно выбирая из каждого потоков по N/2 отсчетов по формулеshifted relative to stream A by N / 2 samples (r is the packet number, j is the sample number in the packet), in both streams for each packet the samples of the sum of the useful signal and interference are multiplied by the samples of the weight function W (j). For each packet of the obtained products, the spectrum of the sum of the useful signal and interference is calculated using the N-point DFT, for each component of the spectrum at number k, the components of the interference suppression function P r (k) are calculated, as the quotient of the known squares of the modules of the components of the spectrum of the useful signal by the average square modules of the components of the calculated spectrum, multiply the spectrum by the interference suppression function, calculate the IFFT products and divide the result by the weight function. From the obtained samples, an output useful signal is generated with suppressed interference in the form of continuously following one after another samples, alternately choosing from each stream N / 2 samples according to the formula

Figure 00000012
Figure 00000012

Модифицируют вычисленную функцию подавления помех Pr(k), приравнивают нулю в заданном спектральном диапазоне действия флюктуирующих помех.Modify the calculated interference suppression function P r (k), equal to zero in a given spectral range of fluctuating interference.

Модифицируют вычисленную функцию подавления помех Pr(k), приравнивая ее нулю вне частотного диапазона сигнала.Modify the calculated interference suppression function P r (k), equating it to zero outside the frequency range of the signal.

Реализация способа адаптивного подавления помехImplementation of the adaptive interference suppression method

Адаптивный подавитель помех, реализующий патентуемый способ, может быть построен, например, на основе одной программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС) EP3SE50 фирмы ALTERA.An adaptive jammer implementing the patented method can be constructed, for example, on the basis of one programmable logic integrated circuit (FPGA) EP3SE50 from ALTERA.

Для подтверждения работоспособности и эффективности предложенного способа было проведено компьютерное моделирование адаптивного подавления помех, результаты которых иллюстрируются графическим материалом.To confirm the operability and effectiveness of the proposed method, computer simulation of adaptive interference suppression was carried out, the results of which are illustrated by graphic material.

Перечень графических материаловList of graphic materials

Фиг.1. Фрагмент полезного сигнала без помех.Figure 1. A fragment of a useful signal without interference.

Фиг.2. Спектры полезного сигнала и гармонической помехи.Figure 2. Spectra of useful signal and harmonic interference.

Фиг.3. Функция подавления гармонической помехи.Figure 3. Harmonic suppression function.

Фиг.4. Фрагмент сигнала с подавленной помехой.Figure 4. A fragment of a signal with suppressed interference.

Фиг.5. Зависимость отношения сигнал-помеха на выходе от отношения сигнал-помеха на входе для гармонической помехи.Figure 5. The dependence of the signal-to-noise ratio at the output on the signal-to-noise ratio at the input for harmonic interference.

Фиг.6. Спектры сигнала и широкополосной помехи.6. Spectra of signal and broadband interference.

Фиг.7. Функция подавления широкополосной помехи.7. Broadband Suppression Function.

Фиг.8. Зависимость отношения сигнал-помеха на выходе от отношения сигнал-помеха на входе для широкополосной помехи.Fig. 8. Dependence of the signal-to-noise ratio at the output on the signal-to-noise ratio at the input for broadband interference.

При моделировании в качестве входного сигнала (сообщения) выбрана непрерывная последовательность фазоманипулированных импульсов с поворотом фазы на 180 градусов. Манипуляция по фазе осуществляется случайной последовательностью равновероятных символов. Такое сообщение типично, например, для систем передачи цифровой информации на основе сигналов с бинарной фазовой манипуляцией. Энергетический спектр такого сигнала или спектральная плотность мощности представляется выражением [7, стр.176]In the simulation, a continuous sequence of phase-manipulated pulses with a phase rotation of 180 degrees was selected as the input signal (message). Phase manipulation is carried out by a random sequence of equiprobable characters. Such a message is typical, for example, for digital information transmission systems based on signals with binary phase shift keying. The energy spectrum of such a signal or the power spectral density is represented by the expression [7, p.176]

Figure 00000013
где
Figure 00000013
Where

Тc - длительность информационного символа;T c - the duration of the information symbol;

ω0 - несущая или промежуточная частота сигнала.ω 0 - carrier or intermediate frequency of the signal.

Результаты приведены для сообщения с параметрами: амплитуда входного сигнала 1 мВ; центральная частота F0=76.8 МГц длительность информационного символа Тc=78.125 нс. Фрагмент последовательности отсчетов входного сигнала без помех (точки на фиг.1) представлен на фиг.1. Для наглядности на фиг.1 и на последующих фигурах произведена линейная интерполяция значений между отсчетами.The results are shown for a message with the following parameters: amplitude of the input signal 1 mV; the center frequency F 0 = 76.8 MHz the duration of the information symbol T c = 78.125 ns. A fragment of the sequence of samples of the input signal without interference (points in figure 1) is presented in figure 1. For clarity, figure 1 and the following figures produced a linear interpolation of values between samples.

Эффективность настоящего изобретения проверялась для параметров: частота дискретизации FД=102.4 МГц, равная удвоенной ширине обрабатываемого спектра сигнала ΔF=51.2 МГц; количество точек ДПФ и ОДПФ N=1024; взвешивающая функция Блэкмана, количество порций (по N отсчетов в каждой) накопления спектров Nнак=36.The effectiveness of the present invention was tested for parameters: sampling frequency F D = 102.4 MHz, equal to twice the width of the processed signal spectrum ΔF = 51.2 MHz; the number of DFT and ODPF points N = 1024; Blackman's weighting function, the number of servings (N samples in each) of the accumulation of spectra N nak = 36.

Для сравнения проводилось моделирование способа, предложенного в прототипе, с теми же входными сигналами и с такими же параметрами обработки сигнала.For comparison, a simulation of the method proposed in the prototype was carried out with the same input signals and with the same signal processing parameters.

На фиг.2, фиг.3, фиг.4, фиг.5 представлены результаты при воздействии гармонической помехи с частотой Fп=80.73 МГц.Figure 2, figure 3, figure 4, figure 5 presents the results when exposed to harmonic interference with a frequency of F p = 80.73 MHz.

На фиг.2 представлены спектры сигнала (линия 1) и гармонической помехи (линия 2), амплитуда которой существенно превышает амплитуду полезного сигнала.Figure 2 presents the spectra of the signal (line 1) and harmonic interference (line 2), the amplitude of which significantly exceeds the amplitude of the useful signal.

На фиг.3 приведена функция подавления помехи P(k), из которой видно, что на участке, где сосредоточен спектр помехи, подавление составляет 60 дБ.Figure 3 shows the interference suppression function P (k), which shows that in the area where the interference spectrum is concentrated, the suppression is 60 dB.

На фиг.4 изображен фрагмент сигнала, обработанного согласно настоящему изобретению при амплитуде помехи Uп=100 мВ, т.е. при амплитуде помехи, в 100 раз превышающей амплитуду сигнала. Как видно, выходной сигнал с подавлением помехи практически не отличается от входного сигнала без помех, изображенного на фиг.1.Figure 4 shows a fragment of a signal processed according to the present invention with an interference amplitude U p = 100 mV, i.e. when the amplitude of the interference is 100 times the amplitude of the signal. As can be seen, the output signal with the suppression of interference practically does not differ from the input signal without interference, shown in figure 1.

На фиг.5 приведена зависимость отношения мощностей сигнал-помеха на выходе после подавления Hвых от отношения сигнал-помеха на входе Hвх. Величина Hвых рассчитывалась по формулеFigure 5 shows the dependence of the signal-to-noise power ratio at the output after suppressing H o from the signal-to-noise ratio at the input H in . The value of H o was calculated by the formula

Figure 00000014
где
Figure 00000014
Where

sс(n) - отсчеты полезного сигнала без помех;s с (n) - samples of the useful signal without interference;

sвыx(n) - отсчеты выходного, полезного сигнала.s vyx (n) - samples of the output, useful signal.

Зависимости приведены для настоящего изобретения (линия 1) и прототипа (линия 2). Заметен выигрыш в помехоустойчивости настоящего изобретения при относительно большом отношении сигнал-помеха (выигрыш 15 дБ при Нвх=0, когда амплитуды сигнала и помехи равны Uс=Uп), который увеличивается с ростом амплитуды помехи, достигая весьма внушительной величины при Hвх≤-50 дБ, когда способ, предложенный в прототипе практически не работоспособен (Hвых≤-30 дБ).Dependencies are given for the present invention (line 1) and prototype (line 2). There is a noticeable gain in the noise immunity of the present invention with a relatively large signal-to-noise ratio (gain of 15 dB at H in = 0, when the signal and noise amplitudes are U c = U p ), which increases with increasing noise amplitude, reaching a very impressive value at H in ≤-50 dB, when the method proposed in the prototype is practically not operational (H output ≤-30 dB).

Представленная на фиг.5 зависимость позволяет также легко оценить выигрыш в помехоустойчивости Н в виде отношения сигнал-помеха после подавления и сигнал-помеха до подавленияThe dependence shown in FIG. 5 also makes it easy to estimate the gain in noise immunity H in the form of a signal-to-noise ratio after suppression and a signal-to-noise ratio before suppression

H=Hвых/Hвх.H = H o / H in .

При Нвх=-30 дБ выигрыш для изобретения составляет Н=59 дБ, а для прототипа - Н=27 дБ.With H in = -30 dB, the gain for the invention is H = 59 dB, and for the prototype - H = 27 dB.

На фиг.6, фиг.7, фиг.8 представлены результаты при воздействии широкополосной помехи.In Fig.6, Fig.7, Fig.8 presents the results when exposed to broadband interference.

На фиг.6 представлены спектры сигнала (линия 1) и широкополосной помехи (линия 2). При такой помехе предложенный способ вырабатывает функцию подавления помех P(k) к виду, представленному на фиг.7. Зависимости отношений сигнал-помеха выходного Hвых от входного Hвх для настоящего изобретения (линия 1) и прототипа (линия 2) приведены на фиг.8. Здесь, как и для узкополосной помехи, при использовании настоящего изобретения наблюдается весьма большой выигрыш в помехоустойчивости от 5 до 90 дБ.Figure 6 presents the spectra of the signal (line 1) and broadband interference (line 2). With such interference, the proposed method generates a noise suppression function P (k) to the form shown in Fig.7. The dependence of the signal-to-noise ratio of the output H o on the input H i for the present invention (line 1) and the prototype (line 2) are shown in Fig. 8. Here, as for narrowband interference, when using the present invention there is a very large gain in noise immunity from 5 to 90 dB.

Таким образом, с помощь моделирования доказано, что патентуемый способ адаптивного подавления помех обеспечивает объявленный технический результат - эффективное подавление как узкополосных, так и широкополосных помех на выходе приемного устройства, когда мощность помехи с неизвестным спектром существенно превышает мощность сигнала.Thus, with the help of modeling, it was proved that the patented method of adaptive interference suppression provides the declared technical result - effective suppression of both narrowband and wideband interference at the output of the receiving device, when the interference power with an unknown spectrum significantly exceeds the signal power.

Источники информацииInformation sources

1. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами. / Тузов Г.И., Сивов В.А., Прытков В.И. и др.; Под ред. Г.И.Тузова. - М.: Радио и связь, 1985. С.207-218.1. Interference immunity of radio systems with complex signals. / Tuzov G.I., Sivov V.A., Prytkov V.I. and etc.; Ed. G.I. Tuzova. - M .: Radio and communications, 1985. S.207-218.

2. Патент RU 2100903 C1, М. кл. Н04В 1/10, опубл. 27.12.1997.2. Patent RU 2100903 C1, M. cl. Н04В 1/10, publ. 12/27/1997.

3. Патент RU 2269201, М. кл. Н04В 1/10, опубл. 27.07.2005 (ближайший аналог).3. Patent RU 2269201, M. cl. Н04В 1/10, publ. 07/27/2005 (the closest analogue).

4. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов. Второе издание. Пер. с англ. - М.: ООО «Биком-Пресс», 2006. С.92,187.4. Lyons R. Digital signal processing. Second edition. Per. from English - M .: Bikom-Press LLC, 2006. P.92,187.

5. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Пер. с англ., М.: Мир, 1978, с.109.5. Rabiner L., Gould B. Theory and application of digital signal processing. Per. from English, Moscow: Mir, 1978, p. 109.

6. Харкевич А.А. Борьба с помехами. М.: Наука, 1965. С.130-138.6. Kharkevich A.A. Fighting interference. M .: Nauka, 1965. S.130-138.

7. Прокис Д. Цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000. С.173-189.7. Prokis D. Digital communications. - M .: Radio and communications, 2000. S.173-189.

Claims (3)

1. Способ адаптивного подавления помех, заключающийся в линейном усилении суммы полезного сигнала и помех, ее дискретизации, формировании спектра суммы полезного сигнала, и помех посредством дискретного преобразования Фурье (ДПФ) полученных отсчетов этой суммы полезного сигнала, и помех и обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), отличающийся тем, что отсчеты дискретизированной суммы полезного сигнала и помех sвх(n) распределяют в два потока непрерывно следующих друг за другом пакетов отсчетов суммы полезного сигнала и помех по N отсчетов: в поток А с отсчетами sA(r,j)=sвx(rN+j) и поток В с отсчетами
Figure 00000015
, сдвинутыми относительно потока А на N/2 отсчетов, где r - номер пакета, j - номер отсчета в пакете, в обоих потоках для каждого пакета отсчеты суммы полезного сигнала и помех умножают на отсчеты весовой функции W(j), для пакета полученных произведений посредством N-точечного ДПФ вычисляют спектр суммы полезного сигнала и помех, для каждой составляющей спектра под номером k вычисляют компоненты функции подавления помех Pr(k), как частное от деления известных квадратов модулей составляющих спектра полезного сигнала на усредненный квадрат модулей компонентов вычисленного спектра, умножают спектр на функцию подавления помех, вычисляют ОБПФ произведения и делят результат на весовую функцию, из полученных отсчетов формируют выходной полезный сигнал с подавленными помехами в виде непрерывно следующих друг за другом отсчетов, поочередно выбирая из каждого из потоков по N/2 отсчетов по формуле:
Figure 00000016
1. The method of adaptive interference suppression, which consists in linearly amplifying the sum of the useful signal and interference, its discretization, forming the spectrum of the sum of the useful signal, and interference through the discrete Fourier transform (DFT) of the obtained samples of this sum of the useful signal, and interference and the inverse discrete Fourier transform ( ODPF), characterized in that the samples of the discretized sum of the useful signal and interference s in (n) are distributed into two streams of packets of samples of the sum of the useful signal and interference, continuously following each other N samples: to stream A with samples s A (r, j) = s bx (rN + j) and stream B with samples
Figure 00000015
shifted relative to stream A by N / 2 samples, where r is the number of the packet, j is the number of the sample in the packet, in both flows for each packet the samples of the sum of the useful signal and interference are multiplied by the samples of the weight function W (j), for the packet of the obtained products by means of an N-point DFT, the spectrum of the sum of the useful signal and interference is calculated, for each component of the spectrum at number k, the components of the interference suppression function P r (k) are calculated, as the quotient of dividing the known squares of the modules of the components of the spectrum of the useful signal by the average square of the modules components of the calculated spectrum, multiply the spectrum by the interference suppression function, calculate the IFFT products and divide the result by the weight function, form the output useful signal with the suppressed noise from the obtained samples in the form of continuously following one after another samples, alternately choosing N / 2 from each of the streams counts by the formula:
Figure 00000016
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что модифицируют вычисленную по п.1 функцию подавления помех, приравнивая ее нулю в заданном спектральном диапазоне действия флюктуирующих помех.2. The method according to claim 1, characterized in that they modify the interference suppression function calculated according to claim 1, equating it to zero in a given spectral range of fluctuating interference. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что модифицируют вычисленную по п.1 функцию подавления помех, приравнивая ее нулю вне частотного диапазона полезного сигнала. 3. The method according to claim 1, characterized in that they modify the interference suppression function calculated according to claim 1, equating it to zero outside the frequency range of the useful signal.
RU2011106334/08A 2011-02-21 2011-02-21 Method for adaptive noise suppression RU2456743C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106334/08A RU2456743C1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Method for adaptive noise suppression

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011106334/08A RU2456743C1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Method for adaptive noise suppression

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2456743C1 true RU2456743C1 (en) 2012-07-20

Family

ID=46847610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011106334/08A RU2456743C1 (en) 2011-02-21 2011-02-21 Method for adaptive noise suppression

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2456743C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549163C1 (en) * 2013-10-22 2015-04-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of suppressing side lobes of noise-like signal auto correlation functions

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4105977A (en) * 1977-03-10 1978-08-08 Motorola, Inc. Adaptive undesired signal canceller
RU2100903C1 (en) * 1996-01-24 1997-12-27 Владимир Васильевич Перьков Method for compensation of inter-channel additive noise in receivers of amplitude- modulated, frequency and phase-manipulated signals and device which implements said method
EP0874469A2 (en) * 1997-04-03 1998-10-28 AT&T Corp. Weak signal resolver
RU2132592C1 (en) * 1998-03-30 1999-06-27 Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище Device for suppression of narrow-band noise
RU2269201C2 (en) * 2004-02-12 2006-01-27 Владимир Александрович Пахотин Method for narrow-band noise correction
RU2280953C2 (en) * 2003-09-09 2006-07-27 Корпорация "Самсунг Электроникс" Method for adaptive control of signal peak factor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4105977A (en) * 1977-03-10 1978-08-08 Motorola, Inc. Adaptive undesired signal canceller
RU2100903C1 (en) * 1996-01-24 1997-12-27 Владимир Васильевич Перьков Method for compensation of inter-channel additive noise in receivers of amplitude- modulated, frequency and phase-manipulated signals and device which implements said method
EP0874469A2 (en) * 1997-04-03 1998-10-28 AT&T Corp. Weak signal resolver
RU2132592C1 (en) * 1998-03-30 1999-06-27 Иркутское высшее военное авиационное инженерное училище Device for suppression of narrow-band noise
RU2280953C2 (en) * 2003-09-09 2006-07-27 Корпорация "Самсунг Электроникс" Method for adaptive control of signal peak factor
RU2269201C2 (en) * 2004-02-12 2006-01-27 Владимир Александрович Пахотин Method for narrow-band noise correction

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549163C1 (en) * 2013-10-22 2015-04-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of suppressing side lobes of noise-like signal auto correlation functions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9401741B2 (en) Methods and systems for mitigating signal interference
US8548100B2 (en) Method and system for performing complex sampling of signals by using two or more sampling channels and for calculating time delays between these channels
US8952844B1 (en) System and method for adaptively matching the frequency response of multiple channels
WO2018116943A1 (en) Noise suppression device, noise suppression method, and reception device and reception method using same
CN109975771B (en) Broadband digital channelization method based on signal third-order phase difference
RU2549207C2 (en) Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver
RU2456743C1 (en) Method for adaptive noise suppression
JP2014150469A (en) Equalization device and equalization method
EP2611027A1 (en) Time delays calculation
US10320365B2 (en) Filter that minimizes in-band noise and maximizes detection sensitivity of exponentially-modulated signals
RU2550757C1 (en) Device for detecting hydroacoustic noise signals based on quadrature receiver
Tang et al. Design and simulation of digital channelized receivers in fractional Fourier domain
Zhang et al. Optimal waveform design oriented toward cognitive radar in fractional Fourier domain
Zakharov et al. Autocorrelation method for estimation of Doppler parameters in fast-varying underwater acoustic channels
KR101818656B1 (en) Method and system for performing complex sampling of signals by using two or more sampling channels and for calculating time delays between these channels
Ozdil et al. Channelized DRFM for wideband signals
JP2014132744A (en) Equalization device and equalization method
Li et al. Hardware efficient digital channeliser designs for radar intercept applications
Nelander Inverse filtering for noise radar processing
Daffalla Adaptive multifunction filter for radar signal processing
Doerry Mathematics of Signal Manipulation and Processing for Radar.
Lin Pulse compression using spectrum modification and window weighting techniques
Agarwal et al. Spectrum shaping analysis using tunable parameter of fractional based Bartlett window
Cao et al. Wavelet-based Gaussian waveform for spotlight synthetic aperture radar
Sreekanth et al. Performance Analysis of Higher Order FIR Polyphase Filter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130222

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140710