Устройство подавления шума в информационном сигнале

Авторы патента:

Самойлов Леонтий Константинович (RU)

H04B15 - Подавление или ограничение шумов и помех (с помощью устройств, находящихся в приемнике H04B 1/10)

H03H21 - Адаптивные (самонастраивающиеся) схемы

Полезная модель относится к автоматике и технике связи и может быть использована в системах передачи сигналов для подавления шума в информационном сигнале.

Суть полезной модели заключается в том, что для оценки мгновенного спектра сигнала используется канальный процессор нулевого порядка, поскольку величина мгновенного спектра обратно пропорциональна временному интервалу адаптивной дискретизации. Этот интервал легко определить, что позволяет получить суммарное время q соседних адаптивных временных интервалов и на основании этой величины судить об усредненном значении текущего адаптивного временного интервала. Таким образом, используя информацию, заключенную в величине временного отрезка квантования, можно управлять аналоговым фильтром нижних частот.

Технический результат достигается путем слежения за поведением информационного сигнала так, чтобы иметь возможность устанавливать значение частоты среза управляемого аналогового фильтра нижних частот в зависимости от текущих частотных характеристик измеряемого сигнала.

Описание содержит 9 страниц и 3 иллюстрации.

Известен перестраиваемый фильтр, патент WO 02073801 А1, 2002 г. Сущностью работы устройства является автоматическая настройка параметров аналогового фильтра согласно требуемым параметрам.

Признаками аналога, совпадающими с существующими признаками заявленного изобретения, является наличие перестраиваемого аналогового фильтра и блока автоматической настройки параметров фильтра.

Причиной, препятствующей получению технического результата, является то, что устройство имеет дискретно перестраиваемые характеристики.

Известен фильтр с дискретно перестраиваемыми характеристиками, патент RU 2317636 С1, 2008 г, содержащий источник входного сигнала, фильтр с дискретно перестраиваемыми характеристиками и блок автоматической настройки параметров фильтра, состоящий из интегратора, двух сумматоров, n-го числа релейных элементов и дешифратора. Сущностью работы устройства является автоматическая настройка параметров аналогового фильтра путем слежения за поведением информационного сигнала.

Наиболее близкой по технической сущности к заявленной полезной модели является импульсно-кодовая передающая система, патент на изобретение RU 2348112 С1, 2009 г.

Суть изобретения заключается в том, что основой канального процессора нулевого порядка для сжатия данных служит аналого-цифровой преобразователь, при этом допуск на изменение сигнала устанавливается относительно текущего запомненного уровня сигнала, что позволяет считать изменения сигнала в пределах ±Е на горизонтальном участке не существенными изменениями, и отсчеты сигнала в линию связи не передавать.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявленного изобретения, является наличие в структуре устройства канального процессора нулевого порядка.

Причиной, препятствующей получению технического результата, является низкая помехозащищенность системы из-за отсутствия в структуре устройства фильтра с перестраиваемыми характеристиками.

Задачей заявляемой полезной модели является создание помехозащищенного устройства подавления шума в информационном сигнале с плавной регулировкой параметров перестраиваемого фильтра.

Технический результат достигается за счет применения в устройстве импульсно-кодовой передающей системы, представляющей собой канальный процессор нулевого порядка (1), вход апертуры которого является входом апертуры устройства (7), а также за счет того, что в устройство введены блок автоматической настройки параметров фильтра (4), состоящий из блока суммирования адаптивных временных интервалов (4.1) и блока управления (4.2), и управляемый аналоговый фильтр нижних частот (3), информационный вход которого подключен к источнику аналогового сигнала (2), который также подключен к информационному входу канального процессора нулевого порядка (1), выход которого соединен с первым входом блока автоматической настройки параметров фильтра (4), второй вход которого является входом установки начальной частоты среза фильтра (5), а третий - входом установки устройства (6), выход блока автоматической настройки параметров фильтра (4) соединен с управляющим входом управляемого аналогового фильтра нижних частот (3), выход которого является выходом устройства. Причем все входы блока автоматической настройки параметров фильтра (4) являются входами блока суммирования адаптивных временных интервалов (4.1), выход которого подключен к входу блока управления (4.2), выход которого является выходом блока автоматической настройки параметров фильтра (4). При этом блок суммирования адаптивных временных интервалов (4.1) выполнен на генераторах тактовых импульсов (8, 13), счетчиках (10, 14, 15), элементах ИЛИ (9, 11, 12, 18), линиях задержки (16, 19), асинхронно-разностном элементе (17) и регистре (20), выход которого является выходом блока, первый вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ (9) и вторым входом второго элемента ИЛИ (11), выход которого подключен к счетному входу второго счетчика (14), выход которого соединен с входом асинхронно-разностного элемента (17), выход которого подключен к второму входу четвертого элемента ИЛИ (18) и входу второй линии задержки (19), выход которой соединен с входом сброса третьего счетчика (15) и вторым входом третьего элемента ИЛИ (12), выход которого подключен к входу сброса второго счетчика (14), второй вход блока соединен с входом установки начального значения третьего счетчика (15), выходы которого соединены с информационными входами регистра (20), выход первого генератора тактовых импульсов (8) подключен к счетному входу первого счетчика (10), выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ (11), выход второго генератора тактовых импульсов (13) соединен с счетным входом третьего счетчика (15), третий вход блока соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ (12), вторым входом первого элемента ИЛИ (9), входом разрешения записи в третий счетчик (15) и входом первой линии задержки (16), выход которой подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ (18), выход которого соединен с входом разрешения записи в регистр (20). Причем блок управления (4.2) выполнен на цифро-аналоговом преобразователе (21) и преобразователе напряжение-частота (22), выход которого является выходом блока, вход которого соединен с входами ЦАП (21), выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота (22).

Поставленная задача достигается путем слежения за поведением информационного сигнала так, чтобы иметь возможность определить суммарное время q соседних адаптивных временных интервалов между моментами пересечения сигналом заданной апертуры ±, и управлением аналоговым фильтром нижних частот (3) на основе полученной информации.

Суть полезной модели заключается в том, что для оценки мгновенного спектра сигнала используется канальный процессор нулевого порядка (1), поскольку величина мгновенного спектра обратно пропорциональна временному интервалу адаптивной дискретизации. Этот интервал легко определить, что позволяет получить суммарное время q соседних адаптивных временных интервалов и на основании этой величины судить об усредненном значении текущего адаптивного временного интервала. Таким образом, используя информацию, заключенную в величине временного отрезка квантования, можно управлять аналоговым фильтром нижних частот (3). При этом величина апертуры канального процессора (1) должна быть больше максимального уровня помех :

Тогда сигналы управления аналоговым ФНЧ будут идти в основном в соответствии со значением полезного сигнала. Следует отметить, что апертура устройства определяется помеховой обстановкой и может как устанавливаться дискретно по определенным правилам, так и задаваться автоматически с помощью устройства, оценивающего уровень помех.

На фигуре 1 представлена структурная схема устройства; на фигуре 2 - схема блока суммирования адаптивных временных интервалов (4.1); на фигуре 3 - схема блока управления (4.2).

На фигуре 1 представлена структурная схема устройства, в состав которого входят:

1 - канальный процессор нулевого порядка;

2 - источник аналогового сигнала;

3 - управляемый аналоговый фильтр нижних частот;

4 - блок автоматической настройки параметров фильтра;

4.1 - блок суммирования адаптивных временных интервалов;

4.2 - блок управления;

5 - вход установки начальной частоты среза фильтра;

6 - вход установки устройства;

7 - вход апертуры системы.

Блок 4 автоматической настройки параметров фильтра (фиг.1) содержит блок 4.1 суммирования адаптивных временных интервалов и блок 4.2 управления.

Блок 4.1 суммирования адаптивных временных интервалов (фиг.2) содержит генераторы тактовых импульсов 8, 13, счетчики 10, 14, 15, элементы ИЛИ 9, 11, 12, 18, линии задержки 16, 19, асинхронно-разностный элемент 17 и регистр 20.

Блок 4.2 управления (фиг.3) содержит ЦАП 21 и преобразователь напряжение-частота 22.

Устройство работает следующим образом. При подаче импульса на вход установки устройства 6 устройство устанавливается в исходное состояние, при этом в блоке суммирования адаптивных временных интервалов 4.1 сбрасываются счетчики 10 и 14, в счетчик 15 и регистр 20 записывается значение максимальной граничной частоты полезного сигнала.

Входной аналоговый сигнал подается на входы управляемого аналогового фильтра нижних частот 3 и канального процессора нулевого порядка 1. Причем начальная частота среза фильтра равна значению максимальной граничной частоты полезного сигнала, а формирование вызовов нулевого порядка канальным процессором нулевого порядка 1 происходит аналогично работе прототипа. При формировании существенной выборки (вызова нулевого порядка) канальным процессором нулевого порядка 1 на первый вход блока суммирования адаптивных временных интервалов 4.1 поступит импульс, который, пройдя через элемент ИЛИ 9, сбросит счетчик 10 и, пройдя через элемент ИЛИ 11, увеличит значение счетчика 14 на единицу, при этом счетчик 15 с помощью генератора тактовых импульсов высокой частоты 13 измеряет длительность суммы q соседних адаптивных временных интервалов, а счетчик 10 с помощью генератора тактовых импульсов высокой частоты 8 контролирует максимальную длительность интервала адаптивной дискретизации и, если вызовы нулевого порядка не появляются длительное время, то импульс с выхода счетчика 10, пройдя через элемент ИЛИ 11, принудительно наращивает значение счетчика 14 на единицу (достижение счетчиком 10 значения k). Эти операции будут повторятся до тех, пор пока счетчик 14 не достигнет значения q, после чего на его выходе появится уровень логической единицы, асинхронно-разностный элемент 17 сформирует импульс, который, пройдя через элемент ИЛИ 18, запишет в регистр 20 новое значение суммы q соседних адаптивных временных интервалов с счетчика 15 и, пройдя через линию задержки 19 и элемент ИЛИ 12 сбросит счетчики 15 и 14, после чего цикл измерения длительности суммы q соседних адаптивных временных интервалов повторится. Измеренное и записанное в регистр 20 значение подается на вход цифро-аналогового преобразователя 21 блока управления 4.2 и далее на вход преобразователя напряжение-частота 22. Таким образом, блок управления 4.2 преобразует измеренное значение суммы q соседних адаптивных временных интервалов в эквивалентное значение частоты, с помощью которой происходит управление частотой среза аналогового фильтра нижних частот на переключаемых конденсаторах 3.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет следить за поведением информационного сигнала, путем измерения величин адаптивных временных интервалов на выходе канального процессора и на основании полученных данных изменять частоту среза управляемого аналогового фильтра нижних частот в соответствии с частотными характеристиками измеряемого сигнала в текущий момент, а значит заявляемое устройство имеет помехозащищенность выше чем прототип. При этом за счет применения в устройстве управляемого аналогового фильтра нижних частот на переключаемых конденсаторах происходит плавная регулировка частоты среза фильтра в отличие от аналогов.

По вопросу внедрения устройства получены определенные результаты. На базе НКБ «Миус» Таганрогского технологического института Южного Федерального университета разработан на начальном этапе действующий макетный образец, а затем и опытный образец. В данном случае устройство разработано как часть телеметрической ситемы, поставляемой в РКК «Энергия».

Рассматривается возможность использования устройства в качестве самостоятельного автономного шумоподавителя. Это значительно расширит сферу его возможного применения, так как позволит применять его не только в телеметрических системах, но и в измерительных приборах.

1. Устройство подавления шума в информационном сигнале, содержащее импульсно-кодовую передающую систему, представляющую собой канальный процессор нулевого порядка (1), реализующий метод сжатия нулевого порядка с плавающей апертурой и производящий оценку мгновенного спектра полезного сигнала, причем вход апертуры канального процессора нулевого порядка (1) является входом апертуры устройства (7), отличающееся тем, что в устройство введены блок автоматической настройки параметров фильтра (4), состоящий из блока суммирования адаптивных временных интервалов (4.1) и блока управления (4.2), выполненного на цифроаналоговом преобразователе (21) и преобразователе напряжение-частота (22), выход которого является выходом блока, вход которого соединен с входами ЦАП (21), выход которого соединен с входом преобразователя напряжение-частота (22), причем все входы блока автоматической настройки параметров фильтра (4) являются входами блока суммирования адаптивных временных интервалов (4.1), выход которого подключен к входу блока управления (4.2), выход которого является выходом блока автоматической настройки параметров фильтра (4) и управляемый аналоговый фильтр нижних частот (3), информационный вход которого подключен к источнику аналогового сигнала (2), который также подключен к информационному входу канального процессора нулевого порядка (1), выход которого соединен с первым входом блока автоматической настройки параметров фильтра (4), второй вход которого является входом установки начальной частоты среза фильтра (5), а третий - входом установки устройства (6), выход блока автоматической настройки параметров фильтра (4) соединен с управляющим входом управляемого аналогового фильтра нижних частот (3), выход которого является выходом устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок суммирования адаптивных временных интервалов (4.1) выполнен на генераторах тактовых импульсов (8, 13), счетчиках (10, 14, 15), элементах ИЛИ (9, 11, 12, 18), линиях задержки (16, 19), амплитудно-разностном элементе (17) и регистре (20), выход которого является выходом блока, первый вход которого соединен с первым входом первого элемента ИЛИ (9) и вторым входом второго элемента ИЛИ (11), выход которого подключен к счетному входу второго счетчика (14), выход которого соединен с входом асинхронно-разностного элемента (17), выход которого подключен к второму входу четвертого элемента ИЛИ (18) и входу второй линии задержки (19), выход которой соединен с входом сброса третьего счетчика (15) и вторым входом третьего элемента ИЛИ (12), выход которого подключен к входу сброса второго счетчика (14), второй вход блока соединен с входом установки начального значения третьего счетчика (15), выходы которого соединены с информационными входами регистра (20), выход первого генератора тактовых импульсов (8) подключен к счетному входу первого счетчика (10), выход которого подключен к первому входу второго элемента ИЛИ (11), выход второго генератора тактовых импульсов (13) соединен с счетным входом третьего счетчика (15), третий вход блока соединен с первым входом третьего элемента ИЛИ (12), вторым входом первого элемента ИЛИ (9), входом разрешения записи в третий счетчик (15) и входом первой линии задержки (16), выход которой подключен к первому входу четвертого элемента ИЛИ (18), выход которого соединен с входом разрешения записи в регистр (20).