Устройство для измерения отношения"СигНАл-шуМ Советский патент 1981 года по МПК G01R29/26 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ Поставленная цель достигается тем, что в устройство, для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сум матор, выход которого подключен ко входу детектора шума, а также линию задержки и вычислитель отношения снгнал/шум, введены последовательно соединенные вторая линия задержки, |второй сумчатор, блок вычитания, детектор, первый интегратор, второй ин тегратор, регистратор и полосовой фильтр, выход которого соединен со входами линий задержек и сумматоров выход первой линии задержки соединен со вторым входом первого.сумматора, выход которого подключен ко второму входу блока вычитания, выходы интегр торов подключены ко входам вычислителя отношения снгнал/шум, выход которого через регистратор соединен с выходом устройства, а вход второго интегратора подключен к выходу детек тора шума. На чертеже приведена структурная схема устройства для измерения отношения сигнал/шум. Устройство содержит полосовой фильтр 1, первый сумматор 2, первую линию 3 задержки, второй сумматор 4 вторую линию 5 задержки, блок 6 вычитания, детектор 7 шума, детектор 8, второй интегратор 9, вычислитель 10 отношения, первый интегратор 11, регистратор 12 и выход 13 устройств Устройство работает следующим образом. Смесь сигнала ишума поступает н вход полосового фильтра 1. Входным сигналом могут быть ради сигналы с выхода усилителя промежут ной частоты радиоприемного устройст ва или сигналы несущей частоты с непрерывной амплитудной модуляцией. Полосовой фильтр 1 имеет полосу про пускания, равную удвоенному значени верхней модулирующей частоты. При и мерении отношения сигнал/шум радиосигналов несущей частоты фильтр и л нии задержек должны быть перестраиваемыми . После прохождения входной смеси сигнал/шум через такой фильтр случайный процессстановится узкополосным. Если предположить, что ча тотная характеристика фильтра имеет прямоугольную форму, т. а. энергетический спектр расматриваемого случайного процесса имеет постоянную спектральную плотность в пределах полосы пропускания, то время корреляции 2л, где fj,r, - полоса пропускания фильтра Сц - время корреляции случайно го процесса. Практически можно принять, что вне интервала tr корреляция бтсутст вует. Выходной сигнал узкополосного ильтра 1 можно представить в виде (i)S-i(Шot.) Г2) де Шо несущая (или промежуточная) частота радиосигнаЛШ - закон изменения амплитуды при ЛМ; Мо начальная фаза гармонического колебания; Vi (.-tl - реализация шумового процесса. Рассмотрим процесс измерения отошения сигнал/шум при работе с амлитудно-модулированным сигналом (2), Выделение шумовой реализации из ходной смеси производится в суматоре 2 лутем суммирования (2) с выходным сигналом линии 3 задержки. Время задержки линии 3 выбирается из словия t 42n-1 T |2« (4) где Тр - период несущей частоты, р - верхняя частота модулирую3 щего напр яжения A{t), И - 1,2,3... целые числа, т. е.-задержка равна нечетному числу полупериодов несущей частоты и должна быть во много раз меньше времени корреляции модулирующего напряжения. При выбранной таким образом задержке сигнальная составляющая получает фазовый набег, кратный С- При этом U -A(t)&iyi cjyoiWo H t-Un-i) (5) В результате суммирования (t) и (5) имеем UT ,и(О-(-иГъЧ2и-()То11. (6) таким образом, на выходе сумматора 2 сигналы несущей частоты взаимоуничтожаются как противофазные с равными амплитудами. Равенство амплитуд прямого и задержанного сигналов обеспечивается выполнением условия С). Для шумовых составляющих выполнение этого условия равносильно следукедему неравенству (an-l-)To|2«ir (7) inn--2Fg.(8) Учитывая (7), (1) и (8) компоненты шумов и выражение 16), лoжнo считать коррелированными между собой с коэффициентом корреляции R 1. В случав использования в качестве линий 3 и 5 задержек длинных линий с распределенными параметрами значение п выбирается равным 1-2. В блоках 4 и 5 осуществляется предварительное выделение полезного сигнала несущей частоты. Для этого в линии 5 Эсшержки производится задержка смеси сигнал/шум на время, равное четному числу лолупериодов несущей частоты iii--2hTo|Z.НО При этом п выбирается так, чтобы выполнялось равенство Выходное напряжение линии 5 задер ки имеет вид U-r,)5in{UJot+4oUn (t-HTo). И 18 O Суммирование сигналов (2) и (12) позволяет выделить удвоенную по ампл туде компоненту несущей частоты с шу мами и,--2 А (i)in (a ottЧo)(t)+ (-t-viToV Окончательное выделение компонента полезного сигнала производится путем вычитания напряжений (6) и (13 в блоке б вычитания U-r.2.2A(i)5iyi (UJot- Yo) Шумовые компоненты напряжений (6) и (13) полностью компенсируют друг друга, ибо их временная задержка отличается на полпериода несущей частоты согласно (П)./ что пренебрежимо мало по сравнению с временем корреляции-шумового процесса. Для измерения уровня сигнала выходное напряжение блока 6 вычитания подается на детектор, выделяющий огибающую высокочастотного колебани .аг-ЗД Интегратор 11 производит усреднение выходного сигнала детектора 8 с постоянной времени, определяемой временем корреляции модулирующего на пряжения. Результат интегрирования среднее значение модулирующего напря жения - подается на один из входов вычислителя 10 отношения, на второй вход которого сигнал поступает из це пи усреднения шумов. Шумовое напряжение с сумматора 2 поступает на вход детектора 7 шума производящего однополупериодное или двухпол/периодное выпрямление входного процесса с предварительным цен трированием, т. е. фильтрацией постоянной составляющей. В интеграторе 9 производится усреднение центрированного выпрямленного процесса с постоянной времени, большей времени корреляции шумов. Таким образом, бло ки 7 и 9 реализуют операцию определения среднеквадратического отклонения случайного процесса методом сред него выпрямленного. В вычислителе 10 отношения сигнал/шум путем установки коэффициента пропорциональности учитываетс тот факт, что сигнал с выхода сумматора 2 представляет собой сумму коррелированных процессов с коэффициентом корреляции R 1 и равными среднеквадратическими отклонениями. Известно, что дисперсия суммы коррелированных процессов равна (j..G. Clfcl Учитывая, что G г Gj , имеем (.(17) В этом случае оценка интенсивности шумов может быть представлена в следующем виде B-4p.C-j,,) где f) - коэффициент, зависящий от вида функции распределения вероятностей шумового процесса. Результаты измерений отношения сигнал/шум с выхода блока 10 подаются на регистратор 12 для регистрации в том или ином виде. Одновременно оценка отношения сигнал/шум поступает на выход 13 устройства для использования в текущем масштабе времени. Устройство для иэмерення отношения сигнал/шум с успехом выполняет свои функции в случае воздействия на его квазидетерминированного сигнала с амплитудной модуляцией в смеси с аддитивным шумом. В этом случае выражение входного сигнала моет быть записано так JJ.,5-A(t)(Ъ)Ч(t) (W где At (-Ь) случайный процесс, представляющий собой закон изменения модулирующего напряжения A(fc) и мультипликативной помехи (-Ь), Ч vt) случайная фаза сигнала. Процесс выделения сигнала (19) аналогичен описанному выше,если только времена корреляции случайных процессов А(Ь)и f (-t) во много paiB больше задержки в линиях 3 и 5. Предлагаемое устройство позволяет производить непрерывное измерение отношения сигнал/шум, для входной смеси шума и амплитудно-моду лированного сигнала с различными законами модуляции. Устройство имеет повышенную чувствительность по сравнению с известными за счет измерения отношения удвоенного по амплитуде сигнала к величине дисперсии суммы коррелированных шумовых процессов, равной учетверенной дисперсии входного случайного процесса. Непрерывность процесса измерения и регистрация оценки отношения сигнаш/ шум позволяет использовать устройст- во для контроля достоверности принимаемой информации в случаях, когда последняяопределяется величиной отношения сигнал/шум принимаемой смеси (например телевидение, цифровые линии связи и т. д.). Формула изобретения Устройство для измерения отношения сигнал/шум, содержащее сумматор, выход которого подключен ко вхо ду детектора шума, а также линию задержки и вычислитель отношения сигнал/шум, отличающееся тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей, в него заедены последовательно соединенные втора линия задержки, второй сумматор, блок вычитания, детектор, первый интегратор, второй интегратор, регистратор и полосовой фильтр, выход ко торого соединен со входами линий задержек и сумматоров, выход первой пинии задержки соединен со вторым входом первого сумматора, выход которого-подключен ко второму входу блока вычитания, выходы интеграторов подключены ко входам вычислителя отношения сигнал/шум, выход которого через регистратор соединен с выходом устройства, а вход второго интегратора подключен к выходу детектора шума. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство ССОР N 364113, кл. Н 04 В 1/10, 2.Авторское свидетельство СССР № 399081, кл. Н 04 N 7/С2 (прототип).