УСТРОЙСТВО для ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ Советский патент 1968 года по МПК H04B1/10 

Известны 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 через усилитель 2. На вертикальные пластины трубки подается производная входного сигнала, проходящего через дифференциатор 3 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 6 на вход сумматора 7, осуществляющего сопоставление полученного сигнала

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

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

При воздействии на вход схемы только полезного сигнала на экране трубки наблюдается фазовое изображение сигнала - эллине или окружность, в зависимости от величин коэффициентов нередачи каналов вертикального и горизонтального усиления.

В случае воздействия на вход шума (и отсутствия полезного сигнала) образуется хаотическое фазовое изображение шума. Размытие изображения объясняется отсутствием детерминированной связи между мгновенными значениями шума и его производной в cosпадаюшие 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 савпадаюш,-не 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 использосаться как признак наличия или отсутствия полезного сигнала во входной смеси сигнала и шума.

Для упрош,ения регистрируюш,его устройства целесообразно не исследовать расиределение яркости ио всему экрану, а измерять яркасть На отдельном заранее «выбранном участке экрана. Для повышения вероятности правильного обнаружения следует выбирать такой участок, яркость которого при изменеНИИ отношения сигнала к шуму изменяется в наиболее широких пределах. Таким участком в большом числе случаев является окрестность точки, соответствуюш,ей центру фазового портрета чистого сигнала. Этот участок характеризуется малыми значениями сигнала и производной в совпадающие моменты времени. Яркость засветки его 1равна нулю при подаче на вход устройства только полезного сигнала, так как одновременное равенство нулю значений сигнала и производной невозможно.

При добавлении к полезному сигналу шума фазовое изображение «размывается, причем с увеличением мощности шума совместная вероятность 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 сигнала к шуму от О и выше ири 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 структуре 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, «огда совместное 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 фоне щу.ма.

Л .р е д м е т изобретения

Устройство для обнаружения сигналов на фоне помех, содержащее электроннолучевую трубку, отклоняющие пластины которой через усилители соединены с источником исследуемого сигнала, фотоэлемент, сумматор и индика.тор, отличающееся тем, что, с целью повыщения достоверности обнаружения сигнала при малых отно.шениях сигнал помеха и обнару/кення сигнала при его неизвестной фазе, между одним из упомянутых усилителей и источником исследуемого сигнала включен дифференциатор.

вход

ъ1

2пор,