ФИЛЬТР ПРЯМОУГОЛЬНОГО ВИДЕОИМПУЛЬСА Российский патент 2008 года по МПК G01S13/28 

Изобретение относится к области радиотехники и может использоваться в средствах радиолокации, радионавигации и радиосвязи для обработки сигналов.

Известны различные фильтры прямоугольного видеоимпульса. Типовой из них (аналог) [Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. - М.: Радио и связь, с.126, рисунок 8.3] включает в себя линию задержки, блок вычитания и интегратор и реализует процедуру согласованной обработки.

Недостаток аналога - низкая помехоустойчивость в условиях импульсных помех и помех типа «шумовых вспышек».

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является согласованный фильтр прямоугольного видеоимпульса [Васильев Д.В., Витоль М.Р., Горшенков Ю.Н. и др. «Радиотехнические цепи и сигналы». Под ред. Самойло К.А. - М.: «Радио и связь», 1982, - 528 с., рисунок 22.3, б, с.513].

Известный согласованный фильтр прямоугольного видеоимпульса содержит первый блок задержки, вход которого является входом фильтра, первое вычитающее устройство, связанное входом уменьшаемого со входом первого блока задержки, а входом вычитаемого с выходом первого блока задержки, интегратор, связанный входом с выходом первого вычитающего устройства, выход интегратора является выходом фильтра.

Принцип работы известного согласованного фильтра заключается в реализации временного выходного отклика в соответствии с уравнением

где

Здесь S(x) представляет собой прямоугольный видеоимпульс с амплитудой V и длительностью τ_и; g_опт(t)=A·S(х) - импульсная характеристика согласованного фильтра, с точностью до константы А совпадающая с самим видеоимпульсом.

Физически выходной сигнал фильтра воспроизводит во времени автокорреляционную функцию прямоугольного видеоимпульса, которая имеет треугольную форму и достигает максимума в момент t=τ_и.

Известный согласованный фильтр максимизирует отношение сигнал/шум на выходе, искажая форму выходного сигнала.

Недостатком известного фильтра является низкая помехоустойчивость в условиях импульсных помех, длительность которых не совпадает с длительностью полезного сигнала, а также в условиях помех типа «шумовых вспышек».

Этот недостаток обусловлен накоплением помех, которое зависит от постоянной интегрирования фильтра и амплитуды помехи. Поскольку в реальных условиях все виды помех естественного и искусственного происхождения, как правило, превышают амплитуду полезного сигнала, их накопление, включая «короткие» помехи длительностью τ_к<τ_и, таково, что выходные сигналы помех соизмеримы, либо превышают полезный сигнал, вызывая ложные срабатывания оконечных устройств.

Фактически все импульсные помехи для прототипа являются помехами коррелированными. Это же в значительной мере относится и к помехам типа «шумовых вспышек», представляющим собой совокупность шумовых выбросов случайной длительности и амплитуды (соизмеримых или превышающих полезный сигнал), локализованных на ограниченном временном интервале.

Задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в компенсации импульсных помех и помех типа «шумовых вспышек».

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении помехоустойчивости фильтра в условиях импульсных помех и помех типа «шумовых вспышек».

Технический результат достигается тем, что в известный фильтр прямоугольного видеоимпульса, содержащий первый блок задержки, вход которого является входом фильтра, первое вычитающее устройство, соединенное входом уменьшаемого со входом первого блока задержки, а входом вычитаемого с выходом первого блока задержки, и интегратор, выход которого является выходом фильтра, введены ограничитель снизу на нулевом уровне и ограничитель сверху на нулевом уровне, соединенные соответственно с первым и вторым выходами первого вычитающего устройства, второй блок задержки, соединенный входом с выходом ограничителя снизу на нулевом уровне, сумматор на два входа, первый вход которого соединен с первым выходом второго блока задержки, а второй вход с первым выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, второе вычитающее устройство, связанное входом уменьшаемого со вторым выходом второго блока задержки, а входом вычитаемого со вторым выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, первый и второй вычислители модуля, соединенные входами с выходами сумматора и второго вычитающего устройства соответственно, третье вычитающее устройство, соединенное входами уменьшаемого и вычитаемого с выходами первого и второго вычислителя модуля соответственно, а выходом со входом интегратора, при этом первый и второй вычислители модуля предназначены для обеспечения совпадения помеховых импульсов по модулю на входах третьего вычитающего устройства.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в компенсации импульсных помех и помех типа «шумовых вспышек» путем реализации процедуры пересечения над предварительно ортогонализированными сигналами помех.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами графического материала. На фиг.1 представлена структурная схема заявляемого фильтра. Фиг.2 иллюстрирует процесс обработки полезного сигнала и помех в элементах структурной схемы. На фиг.3 изображена структурная схема прототипа. На фиг.4 показаны входной и выходные сигналы заявляемого устройств и прототипа. На фиг.5 изображены нормированные (для сравнения) выходные сигналы прототипа и заявляемого фильтра. На фиг.6 показана структурная схема исследования эффективности известного и заявляемого фильтров путем расчета статистических показателей качества на основе имитационного моделирования при использовании рассматриваемых фильтров в схемах обнаружителей. На фиг.7 и фиг.8 показаны кривые вероятностей ложной тревоги. Фиг.9 и фиг.10 иллюстрируют зависимости вероятностей правильного обнаружения. На фиг.11-14 показаны кривые вероятностей ошибки при действии импульсных помех. Фиг.15 показывает зависимость вероятности прохождения импульсной помехи через заявляемый фильтр. Фиг.16 иллюстрирует энергетические характеристики исследуемых фильтров, а на фиг.17 приведена зависимость выигрыша заявляемого устройства в отношении сигнал/шум. На фиг.18 показаны зависимости верхней и нижней границ относительной длительности подавляемых помех.

Фильтр прямоугольного видеоимпульса (фиг.1) содержит первый блок задержки 1, вход которого является входом фильтра, первое вычитающее устройство 2, связанное входом уменьшаемого со входом первого блока задержки, а входом вычитаемого с выходом первого блока задержки, ограничитель снизу на нулевом уровне 3 и ограничитель сверху на нулевом уровне 4, оба связанные входами с выходом первого вычитающего устройства, второй блок задержки 5, связанный входом с выходом ограничителя снизу на нулевом уровне, сумматор на два входа 6, связанный одним входом с выходом второго блока задержки, а другим входом с выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, второе вычитающее устройство 7, связанное входом уменьшаемого с выходом второго блока задержки, а входом вычитаемого с выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, первый 8 и второй 9 вычислители модуля, связанные входами с выходами сумматора и второго вычитающего устройства соответственно, третье вычитающее устройство 10, связанное входами уменьшаемого и вычитаемого с выходами первого и второго вычислителей модуля соответственно, интегратор 11, связанный входом с выходом третьего вычитающего устройства. Выход интегратора является выходом фильтра.

Введение ограничителей снизу 3 и сверху 4 на нулевом уровне позволяет разделить разнополярные выходные сигналы первого вычитающего устройства на два канала обработки, что необходимо для последующей реализации процедуры пересечения разделенных по каналам сигналов.

Введение второго блока задержки 5 и установка значений задержки в первом блоке задержки меньше длительности полезного сигнала, а во втором блоке задержки равного этой длительности обеспечивает ортогонализацию (разнесение) помеховых сигналов во времени в каналах. В то же время, при указанной установке значений задержек полезный сигнал процедуре ортогонализации не подвергается.

Введение сумматора на два входа 6, второго вычитающего устройства 7, первого 8 и второго 9 вычислителей модуля и третьего вычитающего устройства 10 обеспечивает реализацию процедуры пересечения разделенных на каналы сигналов, что приводит к компенсации помех, уменьшению дисперсии шума и выделению полезного сигнала.

Принцип действия предлагаемого изобретения заключается в следующем.

Пусть на входе заявляемого устройства на фоне шума с нормальным распределением действуют (фиг.2, а): полезный сигнал U_с(t)-12, представляющий собой прямоугольный видеоимпульс заданной амплитуды и длительности τ_и, импульс «короткой» помехи - 13 длительностью τ_к<τ_и (для конкретности принято τ_к=0.25 τ_и) и импульс длинной помехи - 14 длительностью τ_∂>τ_и (для конкретности принято τ_∂=5 τ_и). Амплитуды помеховых импульсов превышают амплитуду полезного сигнала. Входная смесь может быть представлена в виде

где n(t) - реализация шума.

На фиг.2, 4, 5, иллюстрирующих процесс обработки сигналов, горизонтальные оси являются осями времени (в условных единицах), а вертикальные - осями напряжения (в условных единицах).

Предполагается, что входная смесь поступает с выхода амплитудного детектора, как это имеет место в трактах многих радиосистем.

Входная смесь (2) поступает одновременно на вход первого блока задержки 1 и на вход уменьшаемого первого вычитающего устройства 2. В первом блоке задержки сигналы задерживаются на время Δt<τ_и. В рассматриваемом примере значение задержки принято . С выхода первого блока задержки на вход вычитаемого первого вычитающего устройства поступает задержанный сигнал U₁(t)=U_вх(t-Δt). На выходе первого вычитающего устройства будет разносторонний сигнал: U₂(t)=U_вх(t)-U₁(t)=U_вх(t)-U_вх(t-Δt) (фиг.2, б). Как видно из чертежа, полезный и помеховые импульсы стали двухполярными. При этом произошла частичная компенсация «длинной помехи».

Далее сигналы одновременно поступают на входы ограничителей на нулевом уровне снизу 3 и сверху 4, которые производят их разделение. Ограничитель снизу 3 пропускает только положительные сигналы, которые затем задерживаются во втором блоке задержки 5 на время, равное длительности импульса τ_и: . Здесь знак + обозначает напряжение положительной полярности. Сигналы на выходе второго блока задержки показаны на фиг.2, в. На выход ограничителя сверху на нулевом уровне 4 проходят отрицательные сигналы: (фиг.2, г).

Как видно из сопоставления двух последних чертежей, помеховые импульсы преобразованных «короткой» и «длинной» помехи не совпадают во времени. Произошла их ортогонализация в данном сечении схемы. В то же время преобразованные импульсы полезного сигнала полностью совпадают во времени.

Далее напряжение с выхода второго блока задержки одновременно поступает на первый вход сумматора 6 и вход уменьшаемого второго вычитающего устройства 7. Напряжение с выхода ограничителя сверху на нулевом уровне одновременно поступает на второй вход сумматора 6 и вход вычитаемого второго вычитающего устройства 7. В результате на выходе сумматора и второго вычитающего устройства будут соответственно суммарное и разностное напряжение: U₆(t)=U₅(t)+U₄(t) и U₇(t)=U₅(t)-U₄(t).

Суммарное напряжение U₆(t) поступает на первый вычислитель модуля 8, а разностное напряжение V₇(t) на второй вычислитель модуля 9.

Вычислители модулей предназначены для обеспечения одинаковой (положительной) полярности сигналов на своих выходах (выпрямления). Напряжения на выходах первого и второго вычислителей модуля описываются соответственно выражениями и . Вид напряжений представлен: U₈(t) - на фиг.2д, U₉(t) - на фиг.2е.

Напряжение с выхода первого вычислителя модуля поступает на вход уменьшаемого третьего вычитающего устройства 10, с выхода второго вычислителя модуля - на вход вычитаемого третьего вычитающего устройства 10. На выходе третьего вычитающего устройства 10 будет иметь место разностное напряжение U₁₀(t)=U₈(t)-U₉(t) (фиг.2, ж).

Поскольку положение помеховых импульсов на временной оси на выходах сумматора и второго вычитающего устройства становится одинаковым, а вычислители модуля приводят их к одной полярности (выпрямляют), эти импульсы на выходах вычислителей модуля полностью совпадают (фиг.2, д, е). Поэтому они взаимно компенсируются в третьем вычитающем устройстве (фиг.2, ж), в то же время полезный сигнал проходит на выход без изменений, поскольку присутствует на выходе только одного из вычислителей модуля.

Следует подчеркнуть, что такой результат является следствием реализации процедуры пересечения [Гордиенко В.И., Дубровский С.Е., Рюмшин Р.И., Фенев Д.В. Многофункциональный структурный элемент систем обработки информации. Радиоэлектроника (известия вузов), 1998, №3, с.12-20], которую осуществляет часть схемы в составе сумматора 6, двух вычислителей модуля 8, 9 и второго 7 и третьего 10 вычитающих устройств.

Действительно, выходное напряжение третьего вычитающего устройства 10 может быть представлено в виде

либо

Записи (3) и (4) эквивалентны, но физический смысл процедуры выясняется из анализа соотношения (4): процедура пересечения обеспечивает выбор меньшего по модулю из двух сопоставляемых значений (отсчетов сигнала) в данный момент времени со знаком, равным произведению знаков сопоставляемых значений. Здесь U₄(t) и U₅(t) - входные напряжения для рассматриваемой части схемы. При равенстве нулю хотя бы одного из входных напряжений результат пересечения U₁₀(t) также будет равен нулю. Поскольку сигналы помех ортогонализированы на выходах блоков 4 и 5, т.е. не совпадают во времени, результат их пересечения определяется только шумовой составляющей. Иначе говоря, импульсные помехи нормируются к шуму. Кроме того, характерное для пересечения свойство выбора меньшего (4) обеспечивает уменьшение дисперсии шума на выходе, что будет показано далее.

Что касается полезного сигнала, он ортогонализации не подвергается, уменьшается лишь его длительность, которая становится равной длительности задержки в первом блоке задержки. Преобразованные импульсы полезного сигнала присутствуют и совпадают на обоих входах рассматриваемой части схемы (фиг.2, в и г), полностью пересекаются и проходят на выход (фиг.2, ж).

Напряжение с выхода третьего блока вычитания подвергается текущему интегрированию в интеграторе 11, сигнал на выходе которого (фиг.2, з) соответствует по форме сигналу на выходе согласованного фильтра.

Для сравнительной оценки результатов обработки заявляемого устройства и прототипа промоделирована также обработка сигналов в прототипе в соответствии со схемой, приведенной на фиг 3. Обозначения здесь соответствуют принятым на фиг 1. Результаты обработки сигналов в заявляемом устройстве и прототипе приведены на фиг.4 и фиг.5. Здесь на фиг.4 показаны входные сигналы без шума (фиг.4, а) и с шумом (фиг.4, б), где 12 - полезный сигнал длительностью τ_и, 13 - импульс «короткой» помехи длительностью 0.25 τ_и, 14 - импульс «длинной» помехи длительностью 5τ_и и 15 - помеха типа «шумовая вспышка». Как видно из чертежа, амплитуды помех превышают полезный сигнал.

На фиг.4, в приведено напряжение на выходе заявляемого устройства, а на фиг.4, г - на выходе прототипа.

На фиг.5 показаны эти же выходные напряжения, но для сравнения нормированные в каждом случае к амплитуде полезного выходного сигнала и совмещенные на одном чертеже, где сплошной линией изображено выходное напряжение заявляемого устройства, а пунктиром - прототипа. Цифровые обозначения соответствуют принятым на фиг.4.

Как видно из чертежей, заявляемое устройство обеспечивает эффективное подавление импульсных помех и помехи типа «шумовая вспышка» (взятых произвольно), которые нормируются к шуму. (Процедура компенсации помехи типа «шумовая вспышка» в заявляемом устройстве отдельно, как для импульсных помех (фиг.2), не рассматривалась, поскольку в целом соответствует для каждого шумового всплеска обработке «короткой» помехи).

Что касается прототипа, то в его схеме эти помехи накапливаются так же, как и полезный сигнал.

Следует также обратить внимание на то, что в заявляемом устройстве обеспечивается снижение дисперсии шума по сравнению с прототипом (фиг.5). Оценка этого снижения приведена далее.

Для количественной оценки эффективности работы заявляемого устройства необходимо определение статистических показателей качества на основе имитационного моделирования. Кроме того, требуется выработка рекомендаций по выбору значения задержки в первом блоке задержки. Для этого на основе заявляемого устройства и прототипа построены обнаружители, а схема исследования показателей качества представлена на фиг.6. Здесь 16 - генератор сигнала, 17 - генератор шума, 18 - генератор помех, 19 - сумматор, 20 - схема прототипа, 21 - схема заявляемого устройства, 22 и 23 - пороговые устройства, 24 - счетчик.

За показатели качества приняты: вероятность ложной тревоги Р_лт, вероятность правильного обнаружения Р_об, вероятность ошибки Р_ош. При этом под Р_лт понимается вероятность превышения шумом заданного порога обнаружения в точке приема полезного сигнала; под Р_об - вероятность превышения смесью сигнал плюс шум фиксированного порога; под Р_ош - вероятность превышения смесью помеха плюс шум этого порога.

Оценка указанных вероятностей проводилась в частотном смысле, как отношение числа положительных исходов n, определяемого счетчиком 24 на выходе пороговых устройств 22 и 23, к общему числу опытов N:

Зависимости вероятностей ложной тревоги от относительного порога обнаружения приведены на фиг.7 и 8 в виде

.

Здесь U_пор - значение порога, σ_ш - среднеквадратическое значение шума на входе исследуемой схемы. На фиг.7 цифрой 25 обозначена Р_лт прототипа, а цифрой 26 - семейство кривых Р_лт заявляемого устройства при различных значениях задержки Δt в первом блоке задержки (0.25 τ_и; 0.375 τ_и; 0.5 τ_и; 0.75 τ_и).

Из чертежа видно, что при одинаковых значениях порога уровни ложных тревог для заявляемого устройства существенно ниже, чем для прототипа (семейство кривых 26 лежит под кривой 25 практически для большинства значений порога). Иначе говоря, уровень шумов на выходе заявляемого устройства существенно ниже, чем для прототипа. При этом, как показывает анализ, этот уровень уменьшается с уменьшением Δt.

На фиг.8 показана та же Р_лт для прототипа (кривая 25) и для заявляемого устройства (кривая 27) при значении задержки в первом блоке задержки Δt=0.5 τ_и. Эти кривые приведены отдельно потому, что качественному (фиг.2, 4, 5) и количественному анализу подвергалась схема заявляемого устройства именно с таким значением Δt, и именно эти характеристики использовались для определения рабочих порогов обнаружения при фиксированном значении Р_лт.

Очевидно, однако, что поскольку значение задержки в первом блоке задержки определяет длительность обрабатываемого схемой полезного сигнала и эта длительность меньше исходного (Δt<τ_и), имеют место потери в энергии полезного сигнала на выходе схемы, которые отражаются в поведении вероятности правильного обнаружения (P_об).

Оценка P_об проведена при фиксированных для каждой схемы (причем для заявляемого устройства и для каждого значения задержки Δt) порогов обнаружения, обеспечивающих одинаковую вероятность ложной тревоги P_лт=0.02 для сопоставимости результатов.

Зависимости вероятностей правильного обнаружения от относительного значения сигнала на входе приведены на фиг.9 и 10 в виде

при Р_лт=0.02.

Здесь - отношение сигнал/шум на входе исследуемых устройств.

На фиг.9 цифрами обозначены: 28 - Р_об для прототипа; 29...32 - Р_об для заявляемого устройства, причем 29 - P_об для Δt=0.75 τ_и, 30 - Р_об для Δt=0.5 τ_и, 31 - Р_об для Δt=0.375 τ_и, 32 - Р_об для Δt=0.25 τ_и.

На фиг.10 показаны для более детального рассмотрения вероятности обнаружения только для прототипа - 28 и заявляемого устройства - 30 при Δt=0.5 τ_и.

Ход кривых Р_об подтверждает очевидный вывод о росте потерь с уменьшением Δt, поэтому все кривые для заявляемого устройства правее кривой 28. Вместе с тем, и это весьма важно с точек зрения эффективности заявляемого устройства, смещение кривых при уменьшении Δt относительно P_об для прототипа невелико. Например, при Δ_t=0.5 τ_и (фиг.10) длительность, а значит и энергия полезного сигнала уменьшаются вдвое, однако для поддержания, например, вероятности обнаружения на уровне 0,6 отношение сигнал/шум должно быть увеличено всего на 8%. Иначе говоря, рост потерь с уменьшением Δt существенно не сказывается на вероятности правильного обнаружения, поэтому кривые Р_об для различных Δt располагаются компактно (фиг.9).

Зависимости вероятностей ошибки от относительного значения помехи приведены на фиг.11...14 в виде

при Р_лт=const.

Здесь - отношение помеха/шум на входе исследуемых устройств.

Кривые на фиг.11 и 12 получены для Р_лт=0.02, и на фиг.13 и 14 - для Р_лт=0.002. Цифрами 33, 35, 37, 39 обозначены вероятности ошибки для прототипа, а цифрами 34, 36, 38, 40 - для заявляемого устройства с Δt=0.5 τ_и. При этом на фиг.11 и 13 показаны вероятности ошибки при действии «длинной» помехи (τ_∂=5τ_и), а на фиг.12 и 14 - при действии «короткой» помехи (τ_к=0.25 τ_и).

Из анализа зависимости Р_ош следует, что выигрыш заявляемого устройства по сравнению с прототипом в помехоустойчивости при отношении помеха/шум

составляет не менее 20 дБ. Кроме того, вероятность ошибки для заявляемого устройства практически не зависит как от длительности, так и от отношения помеха/шум на входе, т.е. от мощности помехи. Иначе говоря, помеха полностью компенсируется. Вероятность ошибки обусловлена только действием шумов и зависит лишь от уровня порога, о чем свидетельствует сравнение кривых для заявляемого устройства (фиг.11, 12 и 13, 14).

Это наглядно и количественно подтверждается как эпюрами, показанными ранее (фиг.2, 4, 5), так и характеристикой, представленной на фиг.15. Здесь изображена зависимость вероятности обнаружения помехи в обнаружителе на основе заявляемого устройства (фиг.6) в зависимости от относительной длительности помехи на входе (ось абсцисс) для значения задержки в первом блоке задержки Δt=0.5 τ_и при пороге, соответствующем Р_лт=0.02 и отношении . Как видно из фиг.15, помеха проходит только в том случае , если ее длительность близка к длительности полезного сигнала .

Для более полной оценки заявляемого устройства и выработки рекомендаций по выбору значения задержки в первом блоке задержки исследованы его энергетические характеристики в сравнении с прототипом, которые представлены на фиг.16, 17.

На фиг.16 в функции от относительной задержки, которая меняется в пределах (больше 1 относительная задержка не имеет смысла из-за полной потери полезного сигнала) показаны следующие характеристики заявляемого устройства:

41 - зависимость отношения мощности полезного сигнала на выходе к его мощности на входе

характеризует накопление полезного сигнала; 42 - зависимость отношения мощности шума на выходе к его мощности на входе

характеризует накопление шума; 43 - зависимость отношения сигнал/шум на выходе к отношению сигнал/шум на входе

характеризует выигрыш в отношении сигнал/шум, обеспечиваемый заявляемым устройством.

Здесь же прямыми линиями (поскольку это постоянные числа и всего в данном случае три числа) показаны для сравнения соответствующие отношения для прототипа: 44 - отношение ; 45 - отношение ; 46 - отношение .

При этом для заявляемого устройства и прототипа мощности сигнала и шума на входе были фиксированы и одинаковы для обоих случаев, а .

Расчет энергии (мощности) проводился путем интегрирования квадрата соответствующей временной функции в пределах длительности полезного сигнала.

Обращают на себя внимание, во-первых, прогнозируемые и весьма заметные потери полезного сигнала с уменьшением относительной задержки в заявляемом устройстве (кривая 41); во-вторых, практическое отсутствие накопления шума (кривая 42); в-третьих, что весьма важно, зависимость выигрыша в выходном отношении сигнал/шум по сравнению с входным (кривая 43). Этот выигрыш в диапазоне относительных задержек существенно превышает соответствующее значение для прототипа.

Если значение выигрыша в выходном отношении сигнал/шум по сравнению со входным для заявляемого устройства и прототипа пронормировать и в качестве нормирующего принять значение выигрыша для прототипа, то можно получить зависимость указанного выигрыша в сравнении с прототипом от относительной задержки. Эта зависимость показана на фиг.17, кривая 47. Здесь же (прямая 48) показано единичное (нормированное) значение для прототипа.

Как видно из чертежа, выигрыш в отношении сигнал/шум в указанном диапазоне относительных задержек значителен и может достигать нескольких раз.

Этот результат является несколько неожиданным, поскольку дает лучшие показатели чем согласованный фильтр, несмотря на потери полезного сигнала. Однако это объясняется тем, что в заявляемом устройстве для диапазона относительных задержек шум практически не накапливается, а подавляется в силу свойств реализуемой элементами заявляемого устройства процедуры пересечения за счет нелинейной обработки.

В целом же, имеет место проигрыш в обработке полезного сигнала по сравнению с прототипом, проявляющийся в смещении кривых вероятностей правильного обнаружения вправо, относительно соответствующей вероятности для прототипа (фиг.9). Указанный выше выигрыш делает это смещение существенно меньшим, поэтому с точки зрения обработки полезного сигнала заявляемое устройство можно считать квазиоптимальным фильтром.

Потери полезного сигнала, хотя и в значительной мере скомпенсированные улучшением отношения сигнал/шум, являются своего рода платой за приобретенное свойство помехоустойчивости в условиях импульсных помех и помех типа «шумовых вспышек».

Выбор значения задержки в первом блоке задержки связан с ожидаемой длительностью помеховых сигналов и допустимыми потерями полезного.

Для выработки соответствующих рекомендаций могут использоваться полученные в результате моделирования графики определения границ относительной длительности подавляемых импульсных помех и возникающих при этом потерь полезного сигнала, приведенные на фиг.18.

Здесь показаны зависимости верхней границы относительной длительности подавляемой «короткой» помехи - 49 и нижней границы относительной длительности подавляемой «длинной» помехи - 50 в функции от относительной задержки в первом блоке задержки (горизонтальная ось).

По вертикальной оси от единицы вниз отложены значения верхней границы в виде (напомним, что для «короткой» помехи ее длительность не превышает длительности полезного сигнала τ_к<τ_и). На той же оси от единицы вверх отложены значения нижней границы в виде (для «длинной» помехи ее длительность превышает полезный сигнал τ_∂>τ_и).

Кроме того, на этом же чертеже показана зависимость (кривая 51) необходимого увеличения отношения сигнал/шум по отношению к соответствующему показателю для прототипа в функции от относительной задержки для обеспечения постоянства вероятности правильного обнаружения. В данном примере эта вероятность равна 0.8, а вертикальная ось для рассматриваемой зависимости начинается от единицы вверх.

Графики границ 49 и 50 построены на основе анализа зависимостей вероятности прохождения помехи от ее относительной длительности (фиг.15), полученных для различных значений относительных задержек в диапазоне .

Кривая 51 построена на основе анализа графиков вероятностей правильного обнаружения (фиг.9).

Для пользования графиками, если выбрано значение относительной задержки, необходимо спроецировать это значение с горизонтальной оси на соответствующие зависимости и определить проекции точек пересечения на вертикальной оси.

Например, для верхняя граница относительной длительности подавляемой «короткой» помехи составляет (т.е. подавляются все импульсные помехи длительностью τ_к≤0.62 τ_и). Нижняя граница относительной длительности подавляемой «длинной» помехи составляет (т.е. подавляются все импульсные помехи длительностью τ_∂≥1.36 τ_и).

При этом необходимое увеличение отношения сигнал/шум на входе для обеспечения вероятности правильного обнаружения P_об=0.8 составляет 1,07 раза, либо, если не увеличивать энергию полезного сигнала, его потери составят 7%.

Если задаваться верхней или нижней границами относительной длительности подавления, то проекция осуществляется с вертикальной оси на соответствующие зависимости с последующим отсчетом относительной длительности задержки с горизонтальной оси и двух других показателей с вертикальной оси.

Например, пусть требуемая нижняя граница относительной подавления «длинной» помехи составляет , тогда требуемое значение относительной задержки должно составлять . При этом нижняя граница относительной длительности подавления «короткой» помехи составит , а необходимое увеличение входного отношения сигнал/шум 1,25 раза.

Результаты моделирования, таким образом, подтверждают работоспособность, реализуемость и достижение технического результата заявляемым устройством, которое в отличие от прототипа обеспечивает высокую помехоустойчивость в условиях импульсных помех и помех типа «шумовых вспышек».

Возможность практической реализации заявляемого устройства следует из того, что схема строится на типовых, известных и технологически отработанных элементах.

Блоки задержки 1 и 5 для частот до 0,3 ГГц могут быть построены на элементах с сосредоточенными параметрами [Голубков А.П., Долматов А.Д., Лукошкин А.П. и др. Проектирование радиолокационных приемных устройств. Под ред. Соколова М.А. - М.: Высш. шк., 1984, с.122, 123].

Вычитающее устройство 2, 7, 10 и сумматор 6 могут быть выполнены по обычной схеме усилителей на два хода или с прямым и инверсным входами [Алексеенко А.Г. Применение прецезионных аналоговых интегральных микросхем. - М.: Радио и связь, 1981, с.77, рисунок 2.3].

Ограничители снизу 3 и сверху 4 на нулевом уровне могут быть реализованы по простой схеме диодного детектора [Голубков А.П., Долматов А. Д., Лукошкин А.П. и др. Проектирование радиолокационных приемных устройств. Под ред. Соколова М.А.. - М.: Высш. шк., 1984, с.140, рисунок 5.12].

Устройства вычисления модуля 8, 9 могут быть собраны по схеме двухполупериодного выпрямителя на операционных усилителях [Бобровский В.П., Костенко В.И., Михайленко В.М. и др. Справочник по схемотехнике для радиолюбителя. Под ред. Бобровского В.П. - К.: Техника, 1989, с.241, рисунок 12.6].

Интегратор 11 может быть реализован с помощью интегрирующего операционного усилителя по типу описанного в [Голубков А.П., Долматов А.Д., Лукошкин А.П. и др. Проектирование радиолокационных приемных устройств. Под ред. Соколова М.А.. - М.: Высш. шк., 1984, с.130, рисунок 5.5].

Анализ известных технических решений показывает, что заявленное изобретение благодаря существенным признакам, определившим путь достижения технического результата, не следует для специалиста явным образом из известного уровня технически и соответствует требованию «изобретательского уровня».

Заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Определение прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило выявить в заявляемом объекте существенные по отношению к техническому результату отличительные признаки, что позволяет считать заявленное изобретение удовлетворяющем критерию «изобретательская новизна».

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в средствах радиолокации, радионавигации и радиосвязи для обработки сигналов. Достигаемым техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости фильтра в условиях импульсных помех и помех типа шумовых вспышек. Указанный результат достигается за счет введения ограничителя снизу на нулевом уровне и ограничителя сверху на нулевом уровне, оба связанных входами с выходами первого вычитающего устройства, второго блока задержки, связанного входом с выходом ограничителя снизу на нулевом уровне, сумматора на два входа, связанного одним входом с выходом второго блока задержки, а другим входом с выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, второго вычитающего устройства, связанного входом уменьшаемого с выходом второго блока задержки, а входом вычитаемого с выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, первого и второго вычислителей модуля, связанных входами с выходами сумматора и второго вычитающего устройства соответственно, третьего вычитающего устройства, связанного входами уменьшаемого и вычитаемого с выходами первого и второго вычислителей модуля соответственно, а выходом со входом интегратора. Значение задержки в первом блоке задержки меньше, а во втором блоке задержки равно длительности обрабатываемого видеоимпульса. 1 з.п. ф-лы, 18 ил.

1. Фильтр прямоугольного видеоимпульса, содержащий первый блок задержки, вход которого является входом фильтра, первое вычитающее устройство, соединенное входом уменьшаемого с входом первого блока задержки, а входом вычитаемого с выходом первого блока задержки, и интегратор, выход которого является выходом фильтра, отличающийся тем, что введены ограничитель снизу на нулевом уровне и ограничитель сверху на нулевом уровне, соединенные соответственно с первым и вторым выходами первого вычитающего устройства, второй блок задержки, соединенный входом с выходом ограничителя снизу на нулевом уровне, сумматор на два входа, первый вход которого соединен с первым выходом второго блока задержки, а второй вход с первым выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, второе вычитающее устройство, связанное входом уменьшаемого с вторым выходом второго блока задержки, а входом вычитаемого с вторым выходом ограничителя сверху на нулевом уровне, первый и второй вычислители модуля, соединенные входами с выходами сумматора и второго вычитающего устройства соответственно, третье вычитающее устройство, соединенное входами уменьшаемого и вычитаемого с выходами первого и второго вычислителей модуля соответственно, а выходом с входом интегратора, при этом первый и второй вычислители модуля предназначены для обеспечения совпадения помеховых импульсов по модулю на входах третьего вычитающего устройства.2. Фильтр прямоугольного видеоимпульса по п.1, отличающийся тем, что значение задержки в первом блоке задержки меньше, а во втором блоке задержки равно длительности обрабатываемого видеоимпульса.