Цифровой фильтр пачки импульсов. Фильтр импульсов


Фильтрация сигналов на фоне помех

Фильтрация сигналов на фоне помех.

1. Задачи и методы фильтрации

Электрическим фильтром называется пассивный четырехполюсник пропускающий электрические сигналы некоторой полосы частот без существенного ослабления или с усилением, а колебания вне этой полосы частот - с большим ослаблением. Такие устройства применяются для выделения полезных сигналов на фоне помех. Задача фильтрации формулируется следующим образом.

Если на вход линейного фильтра поступает смесь сигнала и помехи

(1)

то проблема состоит в том, как наилучшим образом выделить сигнал их этой смеси, т.е. как создать оптимальный фильтр. Известными считаются статические характеристики (т.е. спектр или корреляционная функция)

функции х(t), представляющей собой смесь сигнала и помехи. Искомой является периодическая функция оптимального фильтра.

Задача об оптимальной фильтрации решается по-разному в зависимости от того смысла, который вкладывается в понятие оптимальности. Рассмотрим три наиболее важных случаи оптимальной фильтрации.

1. Форма сигнала известна. От фильтра требуется только сохранение полученного сообщения, заключенного в сигнале, т.е. сохранение неискаженным помехой информационного параметра сигнала и не требуется сохранение формы. Такая задача может быть поставлена при фильтрации сигналов, форма которых известна на приемной стороне (например, обнаружение сигнала в радиотелеграфии и радиолокации). Фильтр при этом называют оптимальным, если в некоторый момент времени t0 на его выходе обеспечивается максимальное отношение сигнала к среднеквадратическому значению напряжения шума. Такой фильтр может быть интегратором, поскольку речь идет о типовом значении полезного сигнла. При этом он должен лучше пропускать те частоты, на которых больше интенсивность спектральных составляющих сигнала и меньше интенсивность помех.

Для передаточной функции только оптимального фильтра теория дает следующие выражения:

(2)

где а - некоторая постоянная;

- величина, комплексно сопряженная амплитудному спектру сигнала;

- спектр мощности помехи.

В случае помехи с равномерным спектром частная характеристика оптимального фильтра с точностью до постоянного множителя совпадает с амплитудным спектром сигнал:

(3)

Отсюда специфическое название подобных оптимальных фильтров - согласованные фильтры (т.е. согласованные с сигналом).

Например, при приеме сигнала в виде передаточной повторяющихся импульсов, спектр каждого из которых состоит из отдельных узких полос (см. рис.), фильтр должен пропускать лишь эти полосы.

Рассматриваемый сигнал пройдет через такой фильтр без искажений, а мощность помехи уменьшится, т.к. она будет складываться из мощностей лишь тех спектральных составляющих помехи, которые попадут в полосу прозрачности фильтра. Такой фильтр для приема последовательностей импульсов получил название гребенчатого фильтра. Его применение приводит к тем большему увеличению превышения сигнала над помехой, чем уже полоса прозрачности фильтра. В свою очередь полосы прозрачности могут быть сделаны тем более узкими, чем больше характер последовательности приближается к периодическому закону ( в этом случае полосы спектра превращается в линии). Но приближение к периодическому сигналу, т.е. достаточно многократное его повторение, эквивалентное увеличению длительности сигнала. Таким образом, согласованная фильтрация повышает помехоустойчивость как бы за счет увеличения длительности полезного сигнала.

2. Форма сигнала неизвестна, а от фильтра требуется ее сохранения. Например, фильтрация после детектора должна обеспечивать наилучшее воспроизведение на фоне шума не одного или нескольких параметров сигнала, а всего сигнала S(t). В этом случае в качестве критерия оптимальности (точности воспроизведения сигнала) удобно принять среднеквадратичнную ошибку, т.е. средний квадрат уклонения воспроизведенного сигнала от периодического. если сигнал и помеха являются независимыми и стационарными случайными процессами, то частотная характеристика такого оптимального фильтра, обеспечивающего минимальную среднеквадратичную ошибку, определяется спектрами мощности сигналом РС и помехи GП.

(4)

Фильтр ослабляет те спектральные составляющие, которые сильней поражены помехой, и для которых больше отношение GП/ РС А на тех частотах, где помеха отсутствует GПС, коэффициент передачи K→1.

3. Выделение длительного периодического сигнала из его смеси с помехой может быть осуществлено путем исследования функции корреляции этой смеси. Корреляционный фильтр, осуществляющий такое исследование, содержит блок переключения и блок усреднения (интегратор).

При взаимокорреляционной фильтрации, когда фильтр, располагая образцом сигнала, определяет функцию взаимной корреляции между принятой смесью X(t) и образцом сигнала S(t) (в данном случае речь идет только о констатации факта наличия сигнала):

Если сигнал и помеха некоррелированы, то и напряжения будет свидетельствовать о наличие сигнала в смеси.

Автокорреляционная фильтра используется при отсутствии определенных сведений о форме сигнала. Фильтр в этом случае определяет автокорреляционную функцию смеси:

При отсутствии корреляции между сигналом и помехой последние два слагаемых исчезнут. Что касается оставшихся двух слагаемых, то первое из них может носить черты периодичности, т.к. является автокорреляционной функцией сигнала близкого к периодическому, а второе обращается в ноль, если сдвиг больше интервала корреляции помехи П. Таким образом, при достаточно большом сдвиге  и времени усреднения Т наличие напряжения KC.C() на выходе коррелятора свидетельствует о наличии периодического сигнала в смеси.

Однако реальные сигналы связи не являются периодическими и ограничены некоторой длительностью с. Следовательно, при с автокорреляционная функция сигнала становится равной нулю (см. рис.). С другой стороны, интервал корреляции помехи П возрастает тем больше, чем большему ограничению подвергается спектр помехи в фильтре, поскольку помеха приобретает характер периодичности. При оптимальной фильтрации до коррелометра П может превысить с и корреляционная фильтрация не даст никакого эффекта.

Таким образом, автокорреляционная фильтрация эффективна только в том случае, если с>П, т.е. при широкой полосе пропускания фильтровых цепей и достаточно длительных сигналов. Повышение помехоустойчивости сигнала по длительности над помехой.

2. Согласованная фильтрация заданного сигнала

2.1. Методика анализа.

Для задачи обнаружения сигнала в шумах наибольшее распространение получил критерий максимума отношения сигнал-шум (помеха) на выходе фильтра. Фильтры, отвечающие этому критерию, называются согласованными.

Требования к фильтру, максимизирующему отношение сигнал-помеха, можно сформулировать следующим образом. Пусть на вход фильтра подается аддитивная смесь сигнала. S(t) и шума Сигнал полностью известен. Это означает, что заданы его форма и положение на оси времени. Шум представляет собой вероятностный процесс с заданными статистическими характеристиками. Требуется синтезировать фильтр, обеспечивающий получение на выходе наибольшего возможного отношения пикового значения сигнала к среднеквадратичному значению шума. При этом не ставится условие сохранения формы сигнала, т.к. для обнаружения его в шумах форма значения не имеет.

Для уяснения сути согласованной фильтрации сначала рассмотрим наиболее простой случай, когда на входе фильтра с равномерной АЧХ имеется лишь один полезный сигнал S(t) с известным спектром . Требуется найти ФЧХ фильтра, при которой обеспечивается максимализация типа сигнала на выходе фильтра. Такая постановка задачи равносильна задаче максимизации пика сигнала при заданной энергии входного сигнала, поскольку спектральная плотность S() полностью определяет его энергию и не меняется фильтром, а любое изменение фазовых соотношений в спектре тем более не меняет энергии сигнала. Равенство Sвх(ω)= Sвых(ω) означает, что , т.е. ≠ К(ω).

Представим выходной сигнал в виде:

(4)

где - передаточная функция (5) четырехполюсника с искомой ФЧХ и равномерной АЧХ К0=соnst.

Таким образом

(6)

Основываясь на очевидном неравенстве

(7)

и учитывая, что , можно составить следующее неравенство:

(8)

Это неравенство определяет верхний предел мгновенного значения колебания SВЫХ(t) при заданном спектре входного сигнала. Максимизация пика выходного колебания получается при обращении неравенства (8) в равенство, а для этого необходимо, как это следует из сопоставления выражения (6) и (8), обеспечить определенное соотношение между фазовой характеристикой фильтра к() и фазовой характеристикой спектра s() входного сигнала.

Допустим, что выходной сигнал достигает максимума в момент t0 (пока еще неопределенный). Тогда выражение (6) дает

(9)

а условие обращения неравенства (8) в равенство сводится к следующему:

(10)

Это соотношение называют условием компенсации начальных фаз в спектре сигнала, поскольку первое слагаемое в правой части (10) компенсирует фазовую характеристику s() входного спектра S(j). В результате прохождения сигнала через фильтр с фазовой характеристикой к() сложение всех компонентов спектра, скорреëированных по фазе, образует пик выходного сигнала в момент t=t0.

(11)

Соотношение (11) показывает, что только при линейной фазовой характеристике Sвых имеет пик, т.к. cosnw1(t-t0)=1 при t=0

Связь между фазовой характеристикой s(), компенсирующей ее характеристикой [-s()] и полной фазовой характеристикой фильтра к()=-[s()+wt0] видна из следующего рисунка. После прохождения через фильтр спектр выходного сигнала будет иметь фазовую характеристику.

Нелинейность фазовой характеристики φsозначает, что гармоники задерживаются по-разному и следовательно не могут образовать max в момент t0. При линейной фазовой характеристике в момент t0 все гармоники имеют одинаковую фазу, поскольку гармоническая функция Cosnw1(t-t0), при t=t0, всегда обращается в единицу.

Поскольку для образования пика требуется использование всей энергии сигнала, а это возможно не ранее окончания действия входного сигнала, задержка t0 не может быть меньше, чем полная длительность сигнала.

Введем теперь помеху на входе фильтра. При равномерном энергетическом спектре помехи (белый шум) W()=W0=const - фильтр с равномерной АЧХ неприменим, т.к. мощность помехи на выходе достигает очень большой величины.

works.doklad.ru

Цифровой фильтр пачки импульсов

 

Использование: радитехника для фильтрации пачек одинаковых импульсов. Сущность изобретения: цифровой фильтр пачки импульсов содержит регистры 1-1. . . 1-L сдвига, генератор 2 тактовых импульсов, блоки 3-1...3-I фильтрации, каждый из которых содержит блоки 4-1. ..4-M сортировки, блоки 5-1...5-L прямого преобразования Фурье, блоки 6-1. . .6-L обратного преобразования Фурье, дешифратор 7, группу сумматоров 8-1...8-M, блок 9 весового суммирования, счетчик 10. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации пачек одинаковых импульсов.

Цель изобретения - повышение отношения сигнал-шум путем подавления высокочастотной составляющей шума. На чертеже представлена электрическая структурная схема цифрового фильтра пачки импульсов. Цифровой фильтр пачки импульсов содержит регистры 1-1...1-L сдвига, генератор 2 тактовых импульсов (ГТИ), блоки 3-1...3-J фильтрации, каждый из которых содержит блоки 4-1. . . 4-M сортировки, блоки 5-1...5-L прямого (быстрого) преобразования Фурье и блоки 6-1...6-L обратного (быстрого) преобразования Фурье, дешифратор 7, группу сумматоров 8-1...8-M, блок 9 весового суммирования, счетчик 10. Работает цифровой фильтр пачки импульсов следующим образом. В регистрах 1-1...1-L записаны MxL дискрет входного сигнала. При поступлении очередной дискреты входного сигнала все предыдущие дискреты смешиваются на одну ячейку в регистрах 1-1...1-L, при этом последняя дискрета в последнем регистре 1-L считывается, а в первом регистре 1-1 первой его ячейки записывается пришедшая дискрета, MxL предыдущих дискрет поступают на первый блок, 3-1 фильтрации. В четных блоках 4-1...4-M сортировок дискреты, поступившие на их входы, устанавливаются в порядке возрастания, а в нечетных - в порядке убывания (или наоборот). На входы блока 5-1 прямого преобразования Фурье поступают дискреты, переставленные следующим образом: на первый вход поступает наибольшая дискрета из дискрет, записанных в первых ячейках каждого из регистров 1-1...1-L, на второй вход - наименьшая из записанных во вторых ячейках тех же регистров 1-1...1-L, на третьем - наибольшая из третьих ячеек и т.д. Аналогично и для других блоков 5-1...5-L прямого преобразования Фурье. Неодинаковость значений дискрет, записанных в одноименных ячейках регистров 1-1...1-L, обусловлено наличием во входном сигнале шума (в его отсутствие эти дискреты будут одинаковые). Таким образом, после сортировки входной сигнал разрывается во времени, происходит расширение спектра только за счет шума и сосредоточение энергии шума около частоты f = Nfb, то есть в нерабочем диапазоне частот. Эта энергия подавляется с помощью блоков 6-1... 6-L обратного преобразования Фурье, так как входы высокочастотных коэффициентов подключены к нулевой шине. Аналогичные операции происходят в последующих блоках 2-2...2-J. При этом выходные дискреты сигнала предыдущего блока 2-i служат входным для последующего 2-(i+1). Из последнего блока 2-J дискреты, снимаемые с одноименных выходов каждого блока 6-1...6-L преобразования Фурье, поступают соответственно на входы сумматора 8-j с номером, равным номеру выхода. С помощью сумматоров 8-1... 8-M суммируются (усредняются) временные дискреты, снимаемые с каждой L-ой группы выходов, тем самым шума в раз. Усредненные дискреты входного сигнала параллельно поступают в блок 9 весового суммирования.

Формула изобретения

Цифровой фильтр пачки импульсов, содержащий L последовательно соединенных регистров сдвига, генератор тактовых импульсов и блок весового суммирования, отличающийся тем, что с целью повышения отношения сигнал-шум путем подавления высокочастотной составляющей шума, введены группа сумматоров, выходы которых соединены с входами блока весового суммирования, J последовательно соединенных блоков фильтрации, входы первого из которых соединены с выходами L последовательно соединенных регистров сдвига, а выходы последнего из которых соединены с входами группы сумматоров, а также последовательно соединенные счетчик, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и дешифратор, первый выход которого соединен с тактовым входом L последовательно соединенных регистров сдвига, второй выход соединен с тактовым входом блока весового суммирования и с первыми тактовыми входами J блоков фильтрации, а третий выход - соединен с вторыми тактовыми входами J блоков фильтрации, каждый из которых содержит M блоков сортировки, входы которых являются информационными входами блока фильтрации, а тактовые входы - первым тактовым входом блока фильтрации, L блоков прямого преобразования Фурье, входы которых соединены с выходами блоков сортировки, и L блоков обратного преобразования Фурье, первая группа информационных входов которых соединена с выходами соответствующих L блоков прямого преобразования Фурье, вторая группа информационных входов соединена с нулевой шиной, тактовые входы соединены с тактовыми входами L блоков прямого преобразования Фурье и являются вторым тактовым входом J блоков фильтрации, а выходы являются выходами блоков фильтрации.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Похожие патенты:

Изобретение относится к цифровой обработке данных и может быть использовано в радиотехнике и системах связи

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах цифровой обработки сигналов

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки информации, информационно-измерительных системах, устройствах прогнозирования случайных сигналов и т.п

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в устройствах цифровой фильтрации сигнала

Изобретение относится к частотно-селективным многополюсникам, в которых используются линии задержки

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки сигналов

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для выделения частоты импульсных сигналов с заданными признаками, например с заданными скоростными характеристиками или длительностью импульсов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для дискриминации частоты следования импульсов

Изобретение относится к цифровой обработке сигналов и может быть использовано при реализации преселекторов - полосовых фильтров, выделяющих сигнал в рабочем диапазоне частот, либо пространственных фильтров - формирователей характеристик направленности в фазированных антенных решетках, например в системах связи, а также других системах цифровой обработки сигналов в реальном масштабе времени

Изобретение относится к адаптивному корректирующему фильтру с двумя частичными фильтрами (TF1, ТF2), коэффициенты фильтрации которых являются изменяемыми с помощью схемы подстройки коэффициентов (CORR), чтобы, например, образовать приближенно инверторный фильтр для изменяющегося во времени канала передачи, и при котором с помощью переключения является возможным, как недецимирующий режим работы, при котором частота опроса соответствует частоте символов, так и децимирующий режим работы, при котором частота опроса удовлетворяет теореме отсчетов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах связи

Изобретение относится к цифровой вычислительной технике и может быть использовано в системах цифровой обработки радиотехнических сигналов для решения задач оптимальной линейной фильтрации

Изобретение относится к области радиосвязи

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации результатов измерений физических параметров, выраженных цифровым кодом

Изобретение относится к области электронной вычислительной техники, в частности к технике цифровой фильтрации, и может быть использовано при разработке цифровых фильтров высокой точности

Изобретение относится к области электронной вычислительной техники, в частности к технике цифровой фильтрации, и может быть использовано при разработке цифровых фильтров высокой точности

Изобретение относится к мобильным телефонам, более конкретно к фильтрам с конечным импульсным откликом для применения в сотовых телефонах, использующих методы связи множественного доступа с кодовым разделением каналов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации результатов измерений физических параметров, выраженных цифровым кодом

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации пачек одинаковых импульсов

www.findpatent.ru

импульсный фильтр - это... Что такое импульсный фильтр?

 импульсный фильтр

 

импульсный фильтр —[Л.Г.Суменко. Англо-русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.]

Тематики

  • информационные технологии в целом

Справочник технического переводчика. – Интент. 2009-2013.

  • импульсный ускоритель
  • импульсный фотометр

Смотреть что такое "импульсный фильтр" в других словарях:

  • Фильтр типа приподнятый косинус — Фильтр с характеристикой типа приподнятый косинус (ФПК) особый электронный фильтр, часто встречающийся в телекоммуникационных системах благодаря возможности минимизировать межсимвольные искажения (МСИ). Его название происходит из факта, что… …   Википедия

  • Импульсный стабилизатор напряжения — Импульсный стабилизатор напряжения  это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме[1], то есть большую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в… …   Википедия

  • Приподнятый косинус (фильтр) — Связать? …   Википедия

  • Приподнятый косинус — Фильтр с характеристикой типа приподнятый косинус (ФПК) особый электронный фильтр, часто встречающийся в телекоммуникационных системах благодаря возможности минимизировать межсимвольные искажения (МСИ). Его название происходит из факта, что… …   Википедия

  • Компьютерный блок питания — …   Википедия

  • 1: — Терминология 1: : dw Номер дня недели. «1» соответствует понедельнику Определения термина из разных документов: dw DUT Разность между московским и всемирным координированным временем, выраженная целым количеством часов Определения термина из… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Трансформатор — У этого термина существуют и другие значения, см. Трансформатор (значения). Трансформатор силовой ОСМ 0,16 Однофазный сухой многоцелевого назначения мощностью 0.16 кВт …   Википедия

  • Вторичный источник электропитания — Пром …   Википедия

  • ФУРЬЕ-ОПТИКА — раздел оптики, в к ром преобразование световых полей оптич. системами исследуется с помощью фурье анализа (спектрального разложения) и теории линейной фильтрации. Начало использования в оптике идей спектрального разложения связано с именами Дж.… …   Физическая энциклопедия

  • Список наиболее употребительных аббревиатур, встречающихся в научно-технической литературе по электронике — …   Википедия

technical_translator_dictionary.academic.ru