SU800902A1 - Способ определени отношени сигнал/шум - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ

1

Изобретение относитс  к радиотех ническим измерени м и может быть использовано дл  определени  отношени  сигнал/шум (С/Ш) преимущественно в радиолокационных и телевизионных устройствах .

Известен фотоэлектрический способ измерени  отношени  С/Ш, заключающийс  в соответствующей обработке сигнала на выходе фотоэлектрического преобразовател , помещенного перед экраном осциллографа, на вход вертикального канала которого подан сигнал. Сущность этого способа состоит в том, что фотоэлектрический преобразователь, светочувствительна  поверхность которого закрыта непрозрачной маской с узкой щелью, перемещают сперва относительно осциллограммы помехи, а затем - относительно осциллограммы сигнала с наложенной на него помехой и определ ют разность (в децибеллах) первого и второго отсчетов стрелочного прибора , включенного на выходе фотоэлектрического преобразовател  l.

Недостаток способа состоит в том, что он требует предварительного выдо .чени  помехи из смеси полезного

сигнала и помехи, что не всегда возможно .

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  коррел ционный способ определени  отношени  С/Ш, основанный на использовании статистических свойств полезного сигнала и помехи путем линейного вычитани  и сложени  входного задержанного и незадержанного

0 сигналов, представл ющих собой аддитивную смесь полезного сигнала и помехи, причем врем  аналоговой задержки выбираетс  в зависимости от интервалов коррел ции обеих составл ющих входного сигнала. Способ осуществл етс  при следующей последовательности операций. Центрируют входной сигнал (отфильтровывают посто нную составл ющую входного сигнала),

0 центрированный сигнал задерживают на врем  задержки Л t . которое выбирают в зависимости от значений интервалов коррел ции t КС г 2кш полезного сигнала и флюктуационной

5 помехи соответственно так, чтобы utt2KC Задержанный и незадержанный сигналы суммируют и вычитают, измер ют размахи суммарного и разностного сигналов и определ ют отно0 шение этих размахов. Данное отношение подрергают нелинейному преобразованию по закону, который определ ют из соотношени  ItrnFTTlT /5 - отношение С/Ш; К - отношение размахов суммарного и разностного сигналов; ( it) - коэффициент коррел ции между сечени ми полезтыми на врем  задержки 12. Однако в известном способе, дл  преобразовани  отношени  размахов К в отношение С/Ш по приведенной выше формуле необходимо знать корре л ционную функцию полезного сигнала и интервалы коррел ции помехи и сиг нала. Определение коррел ционной функции полезного сигнала  вл етс  достаточно сложной операцией, а при наличии шума данна  операци  может стать практически невыполнимой; кро ме того, операци  аналоговой задерж ки высокочастотного сигнала  вл етс сложной технической задачей, что су жает область применени  способа и д лает его малоэффективным. Цель изобретени  - повышение точ ности измерени . Поставленна  цель достигаетс  те что в способе определени  отношени  сигнал/шум, основанном на анализе статистических свойств центрированн го входного сигнала, сравнивают цен трированный сигнал с нулевым уровне вырабатывают знаковый сигнал одной пол рности, при превышении центрированным сигналом нулевого уровн  и противоположной пол рности, при н превышении нулевого уровн , сравнивают пол рности знаковых сигналов дл  выбранных интервалов времени, подсчитывают число совпадений пол р ностей знакового сигнала и общее число сравнений пол рностей, опреде л ют отношение числа совпадений пол рностей к общему числу сравнений, полученное отношение подвергают нелинейному преобразованию по закону. Обратному произведению функции Бессел  и экспоненты. Сущность предлагаемого способа заключаетс  в следующем. Значение знаковой коррел ционной функции (ЗКФ) входного сигнала, образованного суммированием полезного сигнала со случайной фазой (необходимость обработки такового сигнала часто возникает в радиолокации, сис темах св зи и телевидении) и нормал ной финитной случайной помехи дл  м ментов времени, отсто щих на величи Т( периода полезного ну сигнала св зано с отношением /i V/ С/Ш зависимостью , R(t, TJ-R (fiHl-Joi AJR.). Поэтому, измерив значение ЗКФ и преобразовав его по закону обратному произведению функции Бессел  и экспоненты , получаем отношение С/Ш с требуемой дл  практики точностью. Значение ЗКФ получаем путем определени  знака входного сигнала в моменты , задаваемые двум  последовательност ми тактовых импульсов, одна из которых сдвинута относительно другой на период полезного сигнала At (в радиолокации, например, этот период может быть равен периоду несущей частоты радиоимпульса), затем знаки сигналов в эти моменты сравнивают , подсчитывают число знакосовпадений и определ ют отношение числа знакосовпадений к общему числу тактовых импульсов в одной последовательности , при которых производитс  определение знака входного случайного сигнала. Способ осуществл етс  следующим образом. Центрируют входной сигнал. Эта операци  может осуществл тьс  входным устройством, в качестве которого примен ют центрирующие фильтры (фильтры высоких частот). Центрирование  вл етс  необходимой операцией при определении коррел ционных функций, так как в противном случае вместо коррел ционных функций будут определ тьс  2-ые начальные моментные функции . Сравнивают центрированный сигнал с нулевым уровнем в моменты времени , сдвинутые один относительно другого на временной интервал At, равный периоду колебаний полезного сиг- нала Т . Моменты сравнени  могут быть заданы двум  последовательност ми тактовый импульсов, одна из которых сдвинута относительно другой на интервал Д t , равный периоду полезного сигнала. Вырабатывают знаковый сигнал одной пол рности, если центрированный сигнал в момент сравнени  превысит нулевой уровень, и противоположной пол рности, если центрированный сигнал в момент сравнени  не превысит нулевого уровн . Операции сравнени  и выработки знакового сигнала могут быть выполнены такими широко примен емыми техническими устройствами, как компараторы. Сравнивают пол рности знаковых сигналов дл  сдвинутого и несдвинутого моментов времени. Эта операци  может быть осуществлена устройствами , реализующими логическую операцию конъюнкции (схемы совпадений, логические схемы И). Подсчитывают число совпадений пол рностей знаковых сигналов и общее число сравнений пол рностей этих сигналов . Определ ют отношение числа совпадений пол рностей к общему числу

сравнений. Операции подсчета и определени  отношени  могут быть легко реализованы с помощью счетчиков и делител  частоты следовани  импульсов .

Отношение числа совпадений пол рностей знаковых сигналов (энакосовпадений ) к общему числу сравнени подвергают нелинейному преобразованию по закону, обратному произведению функции Бессел  и экспоненты. Это преобразование может быть осуществлено либо с помощью специализированного вычислительного устройства с регистрацией результата преобразовани  в цифровой форме, либо с помощью функционального преобразовател , в котором регистраци  результата производитс , например стрелочным прибором. Результат преобразовани  соответствует значению отношени  сигнал/щум.

На чертеже представлено устройство дл  осуществлени  способа, схема

Устройство дл  определени  отношени  сигнал/шум содержит входное устройство 1, компараторы 2 и 3 . генератор 4 тактовых импульсов (ТИ) схемы 5 и б совпадений, инверторы 7 и 8 схему 9 обг единени  счетчики 10 и 11 делитель 12 частоты, устройства 13-15 запрета функциональный преобразователь 16 и Формирователи 17 и 18 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 2 тактовых импульсов вырабатывает две последовательности тактовых импульсов , сдвинутых одна относительно другой на интервал л-fc, которые поступают на входы запрета устройств 13 и 14 запрета и установочные входы компараторов 2 и 3. При поступлении тактовых импульсов входы запрета устройств 13 и 14 эти устройства пропускают центрированный входной сигнал на входы компараторов 2 и 3 дл  сравнени  и выработки знакового сигнала. Компаратор 2 вырабатывает знаковый сигнал определенной пол рности, например положительной при превышении центрированным сигналом нулевого уровн  в качестве которого выбран потенциал земли, и противоположной пол рности , например отрицательной, если центрированный сигнал не превышает нулевой уровень дл  моментов времени , определ емых одной последовательностью тактовых импульсов, а компаратор 3 выполн ет те же операции дл  моментов времени, определ емых второй сдвинутой последовательностью тактовых импульсов. Схема 5 совпадени  вырабатывает сигнал при совпадении положительной пол рности знаковых сигналов на выходах компараторов 2 и 3, а схема б совпадени  вырабатывает сигнал в случае

совпадени  отрицательных пол рносте знаковых сигналов. Формирователи 17 и 18 импульсов из сигналов на выходах схем 5 и 6 совпадений формируют импульсы, которые через схему 9 объединени  поступают на вход счетчика 10. Делитель 12 частоты и счетчик 11 подсчитывает общее число сравнений пол рностей знаковых импульсов N , которое задаетс  заранее . При достижении ы сравнений счетчик .: 1 вы,цает сигнал на устройство 15 запрета, которое пропускает сигнал с выхода счетчика 10 на функциональный преобразователь 16. При определенном подборе коэффициента делени  в делителе 12 частоты число в счетчке и будет соответствовать отношению числа знакосовпадений к общему числу сравнений. Функциональный преобразователь преобразует полученное соотношение по заданному зкону в напр жение, соответствующее значению отношени  сигнал/шум, которое может быть, например, заре1истрровано обычным стрелочным прибором.

Реализаци  способа с помощью рассмотренного устройства происходит в течение заданного времени которое выбираетс  в зависимости от требуемой точности оценивани  отношени  сигнал/шум и определ етс  числом пересчетных декад в делителе частоты. При этом не нужно знать априори веро тностно-статистические свойства и характеристики входного сигнала ( коррел ционные Функщги и интервалы коррел ции полезного сигнала и помехи, а необходимо лишь знание периода случайного полезио1О сигнала со случайной азой f квазислучайного сигнала) и ширины спектра финитного белого шума. Быстродействие предлагаемого способа, приблизительно , вдвое выше, чем известного. Кроме того, предлагаемый способ проще , та;ч как дл  его реализации не требуетс  выполн ть операцию аналоговой задержки. Заданна  ширина спектра финитного белого шума, кратна  частоте колебаний полезного сигнала со случайной фазой, может быть обеспечена предварительной обработкой входного сигнала - пропусканием входного сигнала через формирующий фильтр с полосой пропускани , равной ширине спектра помехи, что не требует дополнительных временных затрат и не снижает быстродействи  и эффективности способа.

Claims (2)

1.Ткаченко А.П. и Кириллов В.И. Техника телевизионных измерений. Минск, Высша  школа 1976, с. 5963 .

2.Ткаченко А.П. и Кириллов В.И. Техника телевизионных измерений. Минск, Высша  школа, 1976, с. 6668 (прототип).