Устройство для обнаружения сигналов на фоне помех

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2I39i27

Ф-l чит. Qlk

Союз Советских

Социалистических

Республин

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 15.XII.1966 (№ 1118558/26-9) с присоединением заявки №

Кл. 21а4, 22/05

МПК Н 04Ь

УДК 621.391.82:621. .396.669.8 (088.8) Приоритет

Комитет по делам иаобретений и отнрытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 20.111.1968. Бюллетень №11

Дата опубликования описания 12.VI.1968

Авторы изобретения

А. М. Заездный, Е. И. Плоткин, И. В. Гуревич и Ю. А. Черкасский

Ленинградский электротехнический институт связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ

НА ФОНЕ ПОМЕХ

Известйы устройства для обнаружения сигнала на фоне помех, содержащие электроннолучевую трубку (ЭЛТ), преобразователь энергии светового потока в электрический сигнал и пороговое устройство.

В предлагаемом устройстве в отличие от известных между одним из усилителей и источником исследуемого сигнала включен дифференциатор. Это позволяет обнаружить сигнал при его неизвестной фазе и малых отношениях сигнал/помеха.

Устройство обнаруживает сигнал сопоставлением совместной вероятности нахождения мгновенных значений входного сигнала и его производной в заданной области (окрестности нулевых значений) с пороговым значением, определяемым тем или иным способом в зависимости от условий задачи. Для этого входной сигнал и его производная одновременно воздействуют на отклоняющие пластины осциллографа, формируя на экране так называемое фазовое изображение входного сигнала.

При определенных условиях яркость изображения любого участка экрана пропорциональна совместной вероятности нахождения значений входного сигнала и его производной в пределах этого участка. Поэтому вместо сопоставления вероятностей сопоставляются соответствующие им значения яркостей.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства.

Входной сигнал поступает на горизонтальные пластины электроннолучевой трубки 1 через усилитель 2. На вертикальные пластины трубки подается производная входного сигнала, проходящего через дифференциатор 8 и усилитель 4. Световой сигнал, полученный на экране ЭЛТ, преобразуется в электрический в преобразователе 5.

В качестве преобразователя световой энергии выбранного участка экрана в электрическую может использоваться любой фотоэлектрический преобразователь: фотоэлемент, фотоумножитель и т. д. Усредненный выходной сигнал преобразователя 5 поступает через усилитель б на вход сумматора 7, осуществляющего сопоставление полученного сигнала

20 с пороговым значением сигнала Z„,ð.. Пороговое значение сигнала зависит от статистических характеристик шума, частоты и амплитуды полезного сигнала, заданных вероятностных характеристик работы обнаружителя

25 и времени усреднения, а время усреднения— от времени послесвечения люминофора экрана и параметров усредняющей схемы на выходе преобразователя 5. Результаты сопоставления фиксируются индикатором 8, например

30 измерительным прибором.

213927

При воздействии иа вход схемы только полезного сигнала на экране трубки наблюдается фазовое изображение сигнала — эллипс или окружность, в зависимости от величин коэффициентов передачи каналов вертикаль5 ного и горизонтального усиления.

В случае воздействия на вход шума (и отсутствия полезного сигнала) образуется хаотическое фазовое изображение шума. Размытие изображения объясняется отсутствием 10 детерминированной связи между мгновенными значениями шума и его производной в совпадающие моменты времени. Яркость каждого элементарного участка экрана ЭЛТ определяется средним временем нахождения луча в пределах этого участка. Последнее зависит, в конечном итоге, от совместной плотности распределения мгновенных значений шума и его производной в совпадающие моменты времени. .При воздействии аддитивной смеси сигнала и шума распределение яркости по экрану

ЭЛТ занимает промежуточное положение между описанными выше двумя предельными распределениями. С увеличением отношения сигнала к шуму распределения яркости принимает форму, все более приближающуюся к фазовому портрету чистого сигнала эллипсу или окружности. Таким образом, распределение яркости по экрану может исполь- 50 зоваться как признак наличия или отсутствия полезного сигнала во входной смеси сигнала и шума.

Для упрощения регистрирующего устройства целесообразно не исследовать распреде- 35 ление яркости по всему экрану, а измерять яркость на отдельном зара нее выбранном участке экрана. Для повышения вероятности правильного обнаружения следует выбирать такой участок, яркость которого при измене- 40 нии отношения сигнала к шуму изменяется в наиболее широких пределах. Таким участком в большом числе случаев является окрестность точки, соответствующей центру фазового портрета чистого сигнала. Этот участок ха- 45 рактернзуется малыми значениями сигнала и производной в совпадающие моменты времени. Яркость засветки его равна нулю при по.даче на вход устройства только полезного сигнала, так как одновременное равенство ну- 50 лю значений сигнала и производной невозможно.

При добавлении к,полезному сигналу шумя фазовое изображение «размывается», причем с увеличением мощности шума совместная ве- 55 роятность принятия входной смесью и ее производной одновременно малых значений возрастает. Соответственно увеличивается среднее время нахождения луча в пределах рассматриваемого участка экрана и повышается яркость засветки этого участка. Таким образом, яркость засветки центральной области фазового портрета при изменении отношения сигH =lла K шуму оТ О и выше при фиксированном уровне шума изменяется от некоторого начального значения, определяемого статистическими характеристиками связи мгновенных значений шума и его производной, до нуля, соответствующего случаю отсутствия шума (отношение сигнала к шуму равно бесконечности), Эффективность использования предлагаемого устройства зависит от характера связи мгновенных значений шума и его производной, т. е. от структуры помех. При заданной сгруктуре помех на эффективность влияет правильность выбора участка на экране ЭЛТ.

Очевидно, что использование центрального участка, соответствующего одновременно малым значениям входного сигнала и производной, целесообразно в тех случаях, когда совместнос распределение указанных значений имеет максимум при значениях, близких к нулю. В этом случае при отсутствии сигнала яркость центрального участка максимальна.

При увеличении отношения сигнала к шуму яркость падает и в пределе стремится к нулю.

Это происходит в том случае, если шум представляет собой стационарный нормальный случайный процесс с нулевым средним.

Весьма полезной является инвариантность описанного устройства к моменту возможного прихода и начальной фазе полезного сигнала.

Указанное свойство позволяет классифицировать предполагаемое изобретение как устройство для некогерентного обнаружения сигналов на фоьс шума.

Предмет изобретения

Устройство для обнаружения сигналов на фоне помех, одержащее электроннолучевую тоубку, отклоняющие пластины которой через усилители соединены с источником исследуемого сигнала, фотоэлемент, сумматор и индикатор, атлича.ои ееся тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения сигнала при малых отношениях сигнал помеха и обнаружения сигнала при его неизвестной фазе, между одним из упомянутых усилителей и источником исследуемого сигнала включен дпфферснциатор.

213927, Составитель М. Порфнрова

Редактор И. С. Грузова Текред Т. П. Курилко Корректоры: Л. В. Наделяева и В. В. Крылова

Заказ 1394/8 Тираж 530 Подписное

ЦЕИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д 4

Типография, пр. Сапунова, 2