Устройство для исследования помехоустойчивости приемника видеосигналов Советский патент 1988 года по МПК G06T7/00 

САЭ

00

VI

Изобретение относится к техническим средствам обучения, может быть использовано как наглядное пособие при изучении процессов, протекаю- щих при фильтрации видеосигналов, и принятии решений при обработке случайных сигналов, а также при исследовании приемников реальных радиотехнических систем.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет оценки коэффициентов наклона реализации шума.

На чертеже представлен пример pea лизации устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 видеосигналов и первый делитель 2, напряжения, последовательно соединенные ге- нератор 3 шума и второй делитель 4,, напряжения, а также последовательно соединенные сумматор 5, предусили- тель 6 и фильтр 7. Устройство снабжено блоком 8 обработки и управления, (т+п-2) делителями 2 - 2, 4

напряжения, первым 9 и вторым 10 коммутаторами, (т+п) усилителями

11(- т. I mt.- ,у мощности,

ключом 12. При этом блок 8 обработки и управления содержит общую шину 13, объединяющую процессор 14, блок 15 памяти, дисплейный модуль 16, первый 17, и второй 17 дешиф- раторы и модуль 18 аналогового ввода Вход модуля 18 через ключ 12 соединен с выходом фильтра 7. m выходов первого дешифратора 17, через m усилителей 11 ( - 11 мощности соединены с управляющими входами первого коммутатора 9, выходы второго дешифратора 7 через п усилителей мощности соединены с управляю входами второго коммутатора 10. Управляющий вход ключа 12 соединен с выходом генератора 1 видеосигналов. Выход каждого из m делителей 2,- 2 напряжения соединен с соответствующим входом первого коммута

тора 9. Выход первого коммутатора 9 соединен с первым входом слагаемого сумматора 5. Входы делителей 4 , соединены с выходом генератора 3 шума. Выход каждого из делителей 4„ соединен с соответствующим входом второго коммутатора 10, выход которого соединен с вторым входом слагаемого сумматора 5.

Устройство работает следующим образом.

При подаче команды на исследование статистических характеристик шумового напряжения с дисплейного модуля 16 регистры дешифраторов 17 и 17 сбрасываются в нулевое состояние. При этом на регистр деширатора 17, команд не поступают коды команд. Вследствие этого ни один из делителей 2 не подключается первым коммутатором 9 к входу сумматора 5, значит видеосигнал не поступает на вход предусилителя 6 и далее на фильтр 7. На регистр дешифратора 17 команд из блока I5 памяти поступает код команды, который через усилитель 1 I , ., мощности подключает во втором коммутаторе 10 делитель 4, к второму входу сумматора 5. Таким образом, на вход пред усилителя 6 поступает только шумовое напряжение с эффективным значением 0 . Это шумовое напряжение с выхода фильтра 7 в течение интервала действия сигнала через ключ 12 поступает на вход модуля 18 аналогового ввода. Управляющее напряжение, открывающее ключ, поступает на упра вход ключа 12 с выхода генератора 1 видеосигналов.На выходе модуля 18 шумовой сигнал преобразуется в цифровой с частотой выборок, определяемой из условия

f6 20uF.

где uF - верхняя частота спектра

флуктуации шумового сигнала на выходе фильтра 7. Цифровые отсчеты у амплитуд шумового сигнала, число которых за интервал Т длительности сигнала равно k fgТр 20-ЛГ-Т,поступают в блок 15 памяти. Накопление цифровых отсчетов У; в блоке 15 памяти происходит в течение q 5000-10000 циклов открьшания ключа 12. После этого по формулам в каждом i-м сечении в процессоре 14 производится оценка средней и среднеквадратичной амплитуд:

1 4- °

У; --- 11

1 V5 I/a

G.J; (-- i: (У;, -у,) ) , (I)

где i l,2,,..,k; j l,2,...,q.

Значения У; иСц; запоминаются в блоке 15 памяти.Вся зона рассеивания отсчетов У; амплитуд в каждом i-м сечении разбивается процессором 14 на р равных интервалов. Частота отсчетов, оказавшихся в каждом интервале по всем циклам, определяет ординату гистограммы.Все ординаты гистограмм в каждом i-M сечении запоминаются в блоке 15 памяти. По командам с дисплейного модуля 16 на экран дисплея (или телевизора) вьшодятся одна из реализаций напряжения шума, значения у; ,6,; и графики гистограммы в каждом i-M сечении. Кроме того, в каждом J-M цикле в процессоре производится оценка коэффициента наклона реализации процесса на выходе квазисогласованного фильтра, т.е. оценивается форма выходного сигнала фильтра.

При подаче на вход фильтра видеосигнала прямоугольной формы на выходе фильтра получают форму сигнала, близкую к треугольной, удвоенной длительности. При этом фо-рму выходного сигнала на интервале длительности сигнала можно описать выражением

У Г t.

где

- коэффициент наклона выходного сигнала фильтра, зави- СЯ1ЦИЙ от входной амплитуды

сигнала.

Ясно, что при отсутствии видеосигнала в шуме коэффициент наклона у должен равняться нулю. Отсчеты амплитуд на выходе квазисогласованного фильтра в каждом J-M цикле, по которым производится оценка коэффициента наклона реализации процесса, искажены действием шума. Поэтому задача оценки данного коэффициента наклона по выборочным значениям амплитуд приводит к задаче регрессии. Из выражения (2) для каждого j-ro цикла можно записать

У У(й|)

у.;Jjt;,, - Z(t).

(3)

Z(t) - случайная компонента,

отражаюшая влияние шума на выборочные значения амплитуд на выходе фильт- ра.

Наилучшие оценки параметров в задаче регрессии получают методом наименьших квадратов. Поэтому, учи- тьшая выражение (3) и применяя метод наименьших квадратов, записьшают функционал в виде

К-1

Г-

F(yj) Г ((yij - y,i,,)j ) j (t;- t;,,))

W

20

25

50

55

Минимизируя (4), получают выражение для оценки коэффициента наклона 15 реализации процесса в J-M цикле в виде

j. ..-;i., з, (k-i)ut

где At с;- t;, Const.

Время накопления цифровых отсчетов у; определяется из формулы

TH q -Т,,

где Tf, - период повторения видеосигналов на выходе генератора 1 сигналов.

30 После накопления цифровых отсчетов по формулам (l) получают оценки У; ,&и; и гистограммы в каждом i-м сечении. Оценки коэффициента наклона получают в процессоре 14 по форму, ле (З) в интервале между j-м и

(j+l)-M циклами. Эти оценки у.- запоминаются в блоке.15 памяти. По окончании времени накопления с помощью процессора 14 получают гистограмму

Q коэффициента наклона реализации процесса на выходе квазисогласованного фильтра. По команде одна из реализа- ций на выходе фильтра и гистограммы могут быть вьшедены на экран дисдг плея. Все перечисленные операции проделывают для одного значения эффективного напряжения шума G, . По окончании необходимого времени накопления и вычислений на дисплейный модуль 16 можно подать команду на исследование статистических характеристик шумового напряжения С фильтра, где -5 1,2,..., п. При этом на регистры дешифраторов 17( и I7j команд каждый раз поступает сигнал сброса и затем на регистр дешифратора 17 поступает код команды, через усилитель N„,4 мощности подключающий во втором коммутаторе IО

делитель 4 к второму входу сумматора 5. Операции, протекающие в устройстве дальше, аналогичны описанным.

Рассмотрим работу устройства при подаче на вход фильтра 7 суммы видеосигнала и помехи. При подаче команды исследования статистических характеристик суммы видеосигнала и помехи при заданном эсЬфективиом напряжении шума G регистры дешифраторов 17, и 17 команд сбрасываются в нулевое состояние. Затем на регистр дешифратора 17, из блока 15 памяти поступает код команды, которая через усилитель 11, мощности подключает в первом коммутаторе 9 делитель 2, к первому входу сумма- тора 5,При этом на вход сумматора 5 поступает видеосигнал с амплитудой U,, На регистр дешифратора 17 из блока 15 памяти поступает код команды, которая через усилитель 11,4 мощ- ности подключает во втором коммутаторе 10 делитель 4 :} к второму входу сумматора 5, Таким образом, на входе сумматора 5 образуется сумма прямоугольного видеосигнала с ампли- тудой I), и шума с эффективным напряжением 6 . На выходе фильтра 7 получают в момент окончания действия сигнала в k-м сечении отношение сигнал/помеха а,, Сумма видеосиг- нала и шума с выхода фильтра 7 через ключ 12 поступает на вход аналогового модуля 18. Далее с указанной смесью производятся операции, аналогичные операциям, производимым с одним шумовым сигналом. Полученные в результате этого оценки средней и среднеквадратичной амплитуд у,; и Ои,;, гистограмм , коэффициенты наклона J jj , гистограмм V,: заносят- ся в блок 15 памяти. По соответствую командам эти данные, а также одна из реализаций суммы сигнала и шума с выхода фильтра 7, записанные в блоке 15 памяти, могут быть выведены на экран дисплея (или телевизора .

,

Аналогично работает устройство по командам на исследование статистических ха11актеристик суммы видео- сигнала и шума при заданном эффективном напряжении шума С: и подаче через делители 2 - 2 видеосигнала с

амплитудами Uj,.,,,и,т,е при разных отношениях сигнал/помеха , , . . , а,;). По команде с дисплейного модуля 16 на экран дисплея вьгоодятся гистограммы шума и суммы сигнала с шумом в k-M сечении, т,е, в момент, окончания видеосигнала при одном или нескольких отношениях сигнал/помеха a,,,,,a. Одновременно на экране дисплея показываются один или несколько пороговых уровней обнаружения и. При зтом.в процессоре 14 для каждой величины порогового уровня и полученных гистрограмм производится оценка вероятностей ложной тревоги р f (Un) и правильного обнаружения сигнала

Р„, f(U,a-).

которые также выводятся на экран ди- .сплея. Оценки, р и р при различ Лг 06

ных пороговых уровнях заносятся в блок 1,5 памяти, и по команде дисплейного модуля на экране .дисплея для заданных отношений сигнал/помеха a,,.,,,a строятся графики за- висимости среднего риска при обнаружении видеосигнала в приемнике согласно выражению

Z(UJ b р,, + с . р

пр ;

(6)

6

- оценка вероятности пропуска сигнала;

- фиксированные коэффициенты, выбираемые из условия относительной опасности ложных тревог и пропусков сигнала.

(6) по соответствующей быть выведено также а на экран дисплея как

(7)

b р. + с

|Ч Рп

IQ 20 25зо дд 55

50

где Up - фиксированный порог.

Таким образом, повьш1ается наглядность в изучении протекающих в приемнике процессов квазисогласованной фильтрации сигнала ha фоне помех за счет вывода на экран дисплея результатов фильтрации реализаций шума и суммы видеосигнала и шума при различных отношениях сигнал/помеха и

показа искажения прямоугольной формы видеосигнала при фильтрации, трансформации прямоугольной формы в треугольную.

Расширение функциональных возможностей устройства достигается за счет оценки коэффициентов наклона реализаций на выходе квазисогласованного фильтра, т.е. оценки формы трансформированного видеосигнала на выходе фильтра при различных отношениях сигнал/помеха. При этом произведена оценка гистограммы коэффициента наклона при различных отногае- ниях сигнал/помеха.

Построение гистограмм на экране дисплея, варьирование порогового уровня обнаружения и связанная с этим минимизация риска, показ соот- ветствующих графиков, показ оптимального выбора порогового уровня углубляют изучение протекающих процессов в приемнике видеосигналов.

Повышение производительности уст- ройства за счет использования блока управления позволяет в каждом режиме обрабатьгоать до 5000-10000 реализаций, что способствует статистической надежности получаемых оценок помехоустойчивости приемника.

Кроме того, осуществляются показ возможностей использования про-, цессоров при обработке огромного массива исходной информации в радио технических системах, представление результатов статистической обработки в компактной форме геометрических образов-распределений и графиков на экране дисплея, автоматизация трудоемких экспериментов при исследовании помехоустойчивости приемника видеосигналов.

Формула изобр

е т е н и я

Устройство для исследования помеоустойчивости приемника видеосигалов, содержащее генератор видеоигналов, генератор.шума, два делиеля напряжения, первый коммутатор.

45

це во ци не ле же ду ро ра фо ря щи де ря ин му со ра вы ле не хо ми хо ро фи вх не ло ди об ра ми ро ля ни ма то

Редактор И.Николайчук

Составитель А.Пак Техред М. Ходан ич

5

10 5

0

5 О

О

5

сумматор и фильтр, причем выход генератора видеосигналов соединен с информационным входом второго делителя напряжения,выход генератора шума соединен с информационным входом второго делителя напряжения, выход первого коммутатора соединен с входом первого слагаемого сумматора, выход которого соединен с входом фильтра, отличающееся тем, что, с

целью расширения функциональных возможностей за счет оценки коэффи- циeнfoв наклона реализации шума, в него введены блок обработки и управления, две группы делителей напряжения, второй коммутатор, ключ, модуль аналогового ввода, первый и второй дешифраторы, причем выход генератора видеосигналов соединен с информационными входами делителей напряжения первой группы и с управляющим входом ключа, выходы первого делителя напряжения и делителей нап- ряжения первой группы соединены с информационными входами первого коммутатора, управляющие входы которого соединены с выходами первого дешифратора, вход которого соединен с первым выходом блока обработки и управления, второй выход которого соединен с входом второго дешифратора, выходы которого соединены с управляющими входами второго коммутатора, выход которого соединен с входом второго слагаемого сумматора, выход фильтра соединен с информационным входом ключа, выход которого соединен с аналоговым входом модуля аналогового ввода, выход которого соединен с информационным входом блока обработки и управления, выход генератора шума соединен с информационными входами делителей напряжения второй группы, выходы второго делителя напряжения и делителей напряжения второй группы соединены с информационными входами второго коммутатора.

Корректор Л.Пилипенко

Изобретение относится к техническим средствам обучения, может быть использовано как наглядное пособие при изучении процессов, протекающих при фильтрации видеосигналов, и принятии решений при обработке случайных сигналов, а также при исследовании приемников реальных радиотехнических систем. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет оценки коэффициентов наклона реализации шума. Дпя этого в устройство, содержащее генератор видеосигналов I, генератор шума 3, два делителя напряжения 2 и 4(, коммутатор 9, фильтр 7, сумматор 5, дополнительно введены две группы делителей 2 и 4„,коммутатор 10, ключ 12, дешифраторы 17 и 17, модуль 18 аналогового ввода, блок 8 обработки и управления. 1 ил. (Л