Способ определения отношения сигнал/шум радиосигнала Советский патент 1992 года по МПК G01R29/26 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерителях параметров сигналов, анализаторах спектра, панорамных радиоприемных, устройствах для измерения отношения сигнал/шум радиосигналов.

Известен способ измерения отношения сигнал /шум радиосигнала, при котором анализируют статистические свойства центрированного входного сигнала в моменты времени с выбранным интервалом, сравнивают центрированный сигнал с нулевым уровнем, вырабатывают знаковый сигнал одной полярности при превышении центрированным сигналом нулевого уровня и про- тивоположной полярности, при непревышении нулевого уровня, сравнивают полярности знаковых сигналов для вы- браниых интервалов времени, подсчитывают число совпадений полярно- стей знакового сигнала, общее число совпадений полярностей знакового числа и общее число совладений полярности, определяют отношение числа совпадений полярностей к общему числу сравнений, полученное отношение подвергают нелинейному преобразованию по закону, обратному произведению функции Бесселя и экспоненты.

Недостатком этого способа является невозможность.измерений а случае, если в исследуемом диапазоне частот одновременно присутствуют несколько сигналов, разнесенных по частоте. Измеренная величина отношения сигнал/шум будет значи- тельно меньше истинной, измеренной в согласованной полосе, поскольку радиосигналы будут занимать не всю полосу исследуемых частот.

Известен способ измерения отношения сигнал/шум, наиболее близкий к предлагаемому и принятый за прототип, при котором выделяют пиковое значение радиосигнала, выделяют три участка анализа спектра радиосигнала, причем в первом уровень спек- тральных составляющих шума меньше уровня спектральных составляющих радиосигнала, измеряют уровни спектральных составляющих радиосигнала в упомянутых участках и находят величину отношения сиг- нал/шум путем сравнения пикового уровня радиосигнала с найденным тремя уровнями.

Недостатком этого способа является невозможность измерений в случае, если в исследуемом диапазоне частот одновременно присутствуют несколько сигналов, разнесенных по частоте. Измеренная величина отношения сигнал/шум будет изменяться непредсказуемым образом при изменении частот радиосигналов.

Цель изобретения - расширение области применения, заключающееся в обеспечении измерения отношения сигнал/шум нескольких радиосигналов с заранее неизвестной шириной спектра, одновременно присутствующих в исследуемом диапазоне частот и разнесенных по частоте.

Для достижения указанной цели предлагается способ измерения отношения сигнал/шум радиосигналов, при котором измеряют в элементарном участке анализа уровень спектральных составляющих радиосигнала, измеряют в другом элементарном участке анализа уровень спектральных составляющих шума и находят величину отношения сигнал/шум по соотношению найденных величин.

Согласно изобретению, монотонно перемещают элементарный участок анализа от одной до другой границы исследуемого диапазона частот, одновременно с измерением уровней спектральных составляющих формируют массив отсчетов спектральных составляющих размером NN элементов, номера которых соответствуют определенным значениям частот исследуемого диапазона частот и расположены в порядке возрастания (или убывания) их положения на частотной оси, выделяют на краю сформированного массива элементарный участок анализа длиной 2М элементов, делят этот участок на две половины, первую из которых принимают за опорное окно, а вторую - за контрастное окно, определяют функцию контраста как отношение суммы элементов в контрастном и опорном окнах, сдвигают элементарный участок анализа по массиву спектральных составляющих от нижней границы до верхней с шагом в один элемент, при этом каждый раз определяют величину функции контраста и сравнивают ее с порогом, фиксируют положение опорного окна при превышении величины функции контраста порога и запоминают номер крайнего левого элемента окна как границу спектра сигнала, запоминают сумму отсчетов спектральных составляющих опорного окна при превышении значения функции контраста порога, продолжают перемещение контрастного окна до тех пор. пока величина функции контраста, вычисленная относительно запомненного значения суммы спектральных отсчетов опорного окна, не станет меньше порога, фиксируют положение контрастного окна и запоминают номер крайнего правого элемента как вторую границу спектра сигнала, соединяют опорное и контрастное окна ё элементарный участок анализа и устанавливают его так, чтобы номер крайнего элемента опорного окна был на единицу больше номера крайнего элемента контрастного окна в его зафиксированном положении. Продолжают передвижение элементарного участка анализа как описано выше, при наличии других сигналов, положение границ их спектров запоминают, определяют ширину спектра радиосигналов как разность частот, соответствующих номерам зафиксированных элементов окон, для каждого радиосигнала определяют среднее значение шума в двух дополнительных окнах, расположенных смежно с верхней и нижней границами спектра радиосигнала и равными каждое полушарие спектра радиосигнала, определяют отношение сигнал/шум как отношение средней мощности спектральных отсчетов в пределах найденных границ радиосигнала к найденной средней мощности шума.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - функциональная схема вычислителя; на фиг. 3 - функциональная схема алгоритма работы устройства.

Способ содержит следующие операции:

устанавливают порог функции контраста;

определяют количество частот настройки NN тракта РП, равное частному от деления полосы анализируемого диапазона частот на шаг перестройки, причем шаг перестройки равен полосе пропускания фильтра тракта РП;

осуществляют с помощью тракта РП последовательный спектральный анализ исследуемого диапазона частот и формируют массив отсчетов спектральных составляющих размером NN. номера элементов которого .соответствуют определенным значениям частот исследуемого диапазона частот и расположены в порядке возрастания (или убывания) их положения на частотной оси;

выделяют на краю сформированного массива элементарный участок анализа длиной 2М элементов;

делят этот участок на две половины, первая из которых является опорным окном, а вторая - контрастным окном;

определяют функцию контраста как отношение суммы отсчетов спектральных составляющих в контрастном и опорном окнах;

сдвигая элементарный участок анализа по исследуемому диапазону частот от нижней его границы до верхней с шагом в один

элемент, каждый раз определяют значение функции контраста и сравнивают ее с порогом;

запоминают номер крайнего левого элемента опорного окна как границу спектра сигнала, запоминают сумму отсчетов спектральных составляющих опорного окна при превышении значения функции контраста порога;

0 продолжают перемещение контрастного окна до тех пор, пока значение функции контраста, вычисленное относительно запомненного значения суммы спектральных отсчетов опорного окна, не станет меньше

5 порога;

запоминают при этом ноМер Крайнего правого элемента контрастного окна как вторую границу спектра сигнала;

соединяют опорное и контрастное окна

0 в элементарный участок анализа и устанавливают его так, чтобы номер крайнего левого опорного окна был на единицу больше крайнего правого элемента контрастного окна;

5 продолжают передвижение элементарного участка анализа как описано, при нали- чии других сигналов номера частот, соответствующих границам их спектров, также запоминают;

0 определяют ширину спектра радиосигналов как разность частот, соответствующих запомненным границам спектров;

для каждого радиосигнала определяют среднее значение шума в двух дополнитель5 ных окнах, расположенных смежно с верхней и нижней границами спектра радиосигнала и равными каждое полуширине спектра радиосигнала, определяют отношение сигнал/шум как отношение средней

0 мощности спектральных отсчетов в пределах найденных границ радиосигнала к найденной средней мощности шума.

Устройство для реализации предлагаемого способа (фиг. 1) содержит последова5 тельно соединенные смеситель 1, вход которого является входом устройства, усилитель 2 промежуточной частоты (УПЧ), амплитудный детектор 3, фильтр 4 нижних частот (ФНЧ), аналого-цифровой преобра0 зователь (АЦП) 5, первый формирователь 6, вычислитель 7 и индикатор 8. Второй выход АЦП 5 подключен к второму входу вычислителя 7, второй выход которого через второй формирователь 9 подключен к второму вхо5 ду АЦП 5, третий выход вычислителя 7 через синтезатор 10 частоты подключен к второму входу смесителя 1.

Одна из возможных схем вычислителя 7 (фиг. 2) выполнена на основе микропроцессорного комплекта серии 580 и содержит

тактовый генератор 11, процессор 12, контроллеры 13-16, дешифраторы 17-21, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 22, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 23, формирователь 24, шину адреса (ША), шину данных (ШД) и шину управления (ШУ).

Устройство (фиг, 1) работает следующим образом.

Синтезатор 10 частот под управлением вычислителя 7 перестраивается, тем самым изменяя настройку УПЧ 2 от нижней до верхней частоты исследуемого диапазона частот. На каждой частоте настройки ft берется отсчет АЦП 5 U(fj) код которого поступает на вычислитель 7 и запоминается в ОЗУ 23. Выделяют опорное окно, содержащее отсчеты спектральных составляющих с номерами частот от k до М+3-1, и контрастное окно со спектральными составляющими с номерами частот от M+k до 2M+k-1. Определяют функцию контраста L(k) как отношение суммы спектральных составляющих в опорном и контрастном окнах k +M +1

po(k) Е u(fi)

1 - k

k+2M-1

Mk) РО/Р1

Определяют функцию контраста L(k), сдвигая упомянутые окна от нижней границы массива до верхней с шагом в один элемент и каждый раз сравнивают ее с порогом ZO.

При превышении порога L(k) ZO запоминают номер частоты крайнего левого отсчета спектральных составляющих опорного окна как границу спектра сигнала KH k и сумму отсчетов спектральных составляющих опорного окна po(kw). Продолжают перемещение контрастного окна, определяя для каждого k выполнение условия L(k) ZO. Запоминают ke k+M-1 как вторую границу сигнала при нарушении этого условия. Определяют нижнюю kHj и kBjBepxHioio границы каждого j-ro сигнала, существующего в диапазоне, каждый раз запоминают эти величины в ОЗУ. После того, как достигнут верхнюю границу массива, определяют ширину спектра j-ro сигнала Fj 1Bj - kHj и определяют отношение сигнал/шум QJ по формуле

Qj - AOJ/AI}, где

febj Aoj - 2 U(f.)

Кн

V

kHj - Fj/2 X + 2 U(fi)

kHj +iFj/2 i kH

Предлагаемый способ обеспечивает измерение отношения сигнал/шум нескольких радиосигналов, одновременно существующих в исследуемом диапазоне частот, за счет последовательного анализа исследуемого диапазона частот и определе0 ния функции контраста.

Формула изобретения Способ определения отношения сигнал/шум радиосигнала, при котором измеряют в элементарном участке анализа

5 уровень спектральных составляющих радиосигнала, измеряют в другом элементарном участке анализа уровень спектральных составляющих шума и находят величину отношения сигнал/шум по соотношению

0 найденных величин, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, заключающейся в обеспечении измерения отношения сигнал/шум нескольких радиосигналов с заранее неиз5 вестной шириной спектра, одновременно присутствующих в исследуемом диапазоне частот и разнесенных по частоте, монотонно перемещают элементарный участок анализа от одной до другой границы

0 исследуемого диапазона частот, одновременно с измерением уровней спектральных составляющих формируют массив отсчетов спектральных составляющих размером NN элементов, номера которых соответствуют

5 определенным значениям частот исследуемого диапазона частот и расположены в порядке возрастания их положения на частотной оси, выделяют на краю сформированного массива элементарный участок

0 анализа длиной 2М элементов, делят этот участок на две половины, первую из которых принимают за опорный участок, а вторую - за контрастный, определяют функцию контраста как отношение суммы элементов

5 в контрастном и опорном участках, сдвигают элементарный участок анализа по массиву спектральных составляющих от нижней границы до верхней с шагом в один элемент, при этом каждый раз определяют величину

0 функции контраста и сравнивают ее с порогом, фиксируют положение опорного участка при превышении величины функции контраста порога и запоминают номер крайнего левого элемента участок как границу

5 спектра сигнала, запоминают сумму отсчетов спектральных составляющих опорного участка, продолжают перемещение контрастного участка до тех пор, пока величина функции контраста, вычисленная относительно запомненного значения суммы спектральных отсчетов опорного участка, не станет меньше порога, фиксируют положение контрастного участка и запоминают номер крайнего правого элемента как вторую границу спектра сигнала, соединяют опорный и контрастный участки в элементарный участок анализа и устанавливают его так, чтобы номер крайнего элемента опорного окна был на единицу больше номера крайнего элемента контрастного участка в его зафиксированном положении, продолжают передвижение элементарного участка анализа, как описано выше, при наличии других сиг- налов, положение границ их спектров запоминают, определяют ширину спектра радиосигналов как разность частот, соответствующих номерам зафиксированных элементов участков для каждого радиосигнала, определяют среднее значение шума в двух дополнительных участках, располо- женных смежно с верхней и нижней границами спектра радиосигнала и равными каждое полуширине спектра радиосигнала,

определяют отношение сигнал/шум как отношение средней мощности спектральных отсчетов в пределах найденных границ радиосигнала к найденной средней мощности шума.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в измерителях параметров сигналов, анализаторах спектра, панорамных радиоприемных устройствах. Согласно изобретению измеряют в элементарном участке анализа уровень спектральных составляющих радиосигнала, монотонно перемещают элементарный участок анализа от одной до другой границы исследуемого диапазона частот, одновременно с измерением уровней спектральных составляющих формируют массив отсчетов спектральных составляющих размером NN элементов, номера которых соответствуют определенным значениям частот исследуемого диапазона частот и расположены в порядке возрастания (или убывания) их положения на частотной оси, выделяют на краю сформированного массива элементарный участок анализа длиной 2М элементов, делят этот участок на две половины, первую из которых принимают за опорное окно, а вторую - за контрастное окно, определяют функцию контраста как отношение суммы элементов в контрастном и опорном окнах, сдвигают элементарный участок анализа по массиву спектральных составляющих от нижней границы до верхней с шагом в один элемент, при этом каждый раз определяют величину функции контраста сравнивают ее с порогом, фиксируют положение опорного окна при превышении величины функции контраста порога и запоминают номер крайнего левого элемента окна как границу спектра сигнала и сумму отсчетов спектральных составляющих опорного окна, продолжают перемещение контрастного окна до тех пор, пока величина функции контраста, вычисленная относительно запомненного значения суммы спектральных отсчетов опорного окна, не станет меньше порога, фиксируют положение контрастного окна и запоминают номер крайнего правого элемента как вторую границу спектра сигнала, соединяют опорное и контрастное окна в элементарный участок анализа и устанавливают его так, чтобы номер крайнего элемента опорного окна был на единицу больше номера крайнего элемента контрастного окна в его зафиксированном положении, продолжают передвижение элементарного участка анализа как описано выше, при наличии других сигналов, положение границ их спектров запоминают, определяют ширину спектра радиосигналов как разность частот, соответствующих номерам зафиксированных элементов окон, для каждого радиосигнала определяют среднее значение шума в двух дополнительных окнах, расположенных смежно с верхней и нижней границами спектра радиосигнала и равными каждое полуширине спектра радиосигнала, определяют отношение сигнал/шум как отношение средней мощности спектральных отсчетов в пределах найденных границ радиосигнала к найденной средней мощности шума. 3 ил. ел с ч1 00 о ч ел

11

(рае.1

CpLtZ.Z

Г №чало Л ЗЕ

, //«/, л-«/у, дуу (fg-M/Af

U

Опросам 22, настройка синтезатора Ю на частоту /гОпрос ПЗУ 22, подача на АЦП 5 сиенала готовности

Запись ftodaUfa) с АИЛ5 В ОЗУ Z7

{/(«K+7J

I

Вычисление /} W, W

//Д77

bauatftlftjfa. в ОЗУ

Перемещение окон К-Кк+j

Вычисление Qj,

Индикация

ФигЗ