Устройство обнаружения сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения

Изобретение относится к цифровой технике обработки сигналов в части обнаружения аналогового сигнала по его преобразованным нулям Фурье-образа.

Известно устройство [L. Chudnovskiy, V. IvanovNoiseSignalSelf-SynchronizationinOptimalDetectionSystems // AIS-2016 «ATMOSPHERE, IONOSPHERE, SAFETY», Kaliningrad, 2016, ISBN 978-5-9971-0412-2, P. 316-319] факторизации исходного сигнала и импульсной характеристики трассовых искажений по нулям Фурье-образа в комплексной плоскости частот. Недостаток устройства - отсутствие в нем автоматизации разделения нулей Фурье-образа на сигнальные и трассовые нули.

Наиболее близким техническим решением является устройство [Л.С. Чудновский Восстановление речевого сигнала, искаженного линейной трассой распространения // Проблемы криминалистической экспертизы видео и звукозаписи / Мин. юстиции СССР, ВНИИСЭ. - М., 1990, 45-55], содержащее последовательно расположенные аналого-цифровой преобразователь, блок определения нулей сигнала и согласованный фильтр. Недостаток устройства заключается в большом объеме вычислительных процедур, реализующих данный способ.

Технический результат изобретения - уменьшение объема вычислительных затрат за счет того, что блок определения нулей сигнала имеет объемный алгоритм обработки сигнала, сказывающийся на быстродействии устройства.

Технический результат достигается тем, что в устройстве обнаружения сигнала, прошедшего априорно неизвестную трассу распространения, содержащем последовательно расположенные аналого-цифровой преобразователь, блок определения нулей сигнала и фильтр, являющийся выходом устройства, между блоком определения нулей сигнала и фильтром дополнительно введены расположенные друг за другом преобразователь нулей z-плоскости в нули комплексной ω-плоскости, формирователь выходного сигнала и сумматор, причем фильтр выполнен решетчатым с дополнительным входом, к которому подключен дополнительно введенный блок хранения эталонов преобразованных сигналов, сам блок определения нулей сигнала выполнен в z-плоскости с возможностью обнаружения импульсного сигнала по превышению порога в точке n₀ и осуществления его финитизации на отрезке [n₀-n₁;n₀₊n₂] с расчетом корней полинома

где

X(Z_k) - произведение корней полинома;

Z_k - корень полинома;

x(n) - оцифрованная последовательность входного сигнала;

Zⁿ - переменная степени полинома

и передачи полученных значений в преобразователь нулей z-плоскости в нули комплексной ω-плоскости.

На рисунке изображена структурная схема устройства. Устройство содержит: аналого-цифровой преобразователь 1, блок определения нулей сигнала в z-плоскости 2, преобразователь нулей z-плоскости в нули комплексной ω-плоскости 3, формирователь выходного сигнала 4, сумматор 5, решетчатый фильтр 6, блок эталонов преобразованных сигналов 7. Расположенные друг за другом преобразователь нулей z-плоскости в нули комплексной ω-плоскости 3, формирователь выходного сигнала 4, сумматор 5, решетчатый фильтр 6 с двумя входами и блок эталонов преобразованных сигналов 7 введены дополнительно. Дополнительно введенный блок эталонов преобразованных сигналов 7 присоединен к дополнительному входу решетчатого фильтра 6.

Блок определения нулей сигнала в z-плоскости 2 выполнен с возможностью обнаружения импульсного сигнала по превышению порога в точке n₀ и осуществления его финитизации на отрезке [n₀-n₁; n₀₊n₂] с расчетом корней полинома

где

X(Z_k) - произведение корней полинома;

Z_k - корень полинома;

x(n) - оцифрованная последовательность входного сигнала;

Zⁿ - переменная степени полинома

и передачи полученных значений в преобразователь нулей z-плоскости в нули комплексной ω-плоскости.

Устройство имеет следующие функциональные связи. Выход аналого-цифрового преобразователя 1 соединен со входом блока определения нулей сигнала в z-плоскости 2, выход которого соединен со входом преобразователя нулей z-плоскости в нули комплексной ω-плоскости 3, выход которого через формирователь выходного сигнала 4 соединен с последовательно соединенными сумматором 5 и решетчатым фильтром 6. К дополнительному входу решетчатого фильтра 6 для подачи эталонов полезных сигналов подключен блок эталонов преобразованных сигналов 7. Выход решетчатого фильтра 6 является выходом устройства.

Рассмотрим работу устройства. В ее основу положено свойство аналитического продолжения финитной функции, заданной на временном окне длительностью Т, содержащей только нули в комплексной плоскости частот. По координатам нулей можно восстановить исходную финитную функцию с точностью до амплитуды и времени появления сигнала. При прохождении полезного сигнала через линейную трассу к нулям полезного сигнала в комплексной плоскости частот добавляются нули трассовых искажений. Если нули преобразовать в полюса, провести обратное преобразование Фурье для каждого полюса отдельно и просуммировать, то возникает аналог полезного сигнала и аналог трассовых искажений в виде аддитивного шума. Согласованная фильтрация преобразованного полезного сигнала позволяет удалить аддитивный шум, т.е. отфильтровать трассовые искажения.

Входной сигнал x(t) оцифровывается с интервалом дискретизации Δt и превращается в последовательность x(n) в аналого-цифровом преобразователе 1. Далее в блоке определения нулей сигнала 2, осуществляется обнаружение импульсного сигнала по превышению порога в точке n₀ и далее осуществляется его финитизация на отрезке [n₀-n₁; n₀₊n₂]. Затем рассчитываются корни полинома выражения

Учитывая, расположение корней полинома Z_k=ReZ_k+iImZ_k в плоскости Z, в преобразователе z-плоскости в комплексную ω-плоскость, получаем оценки для вычисления корней в ω плоскости: ω_k=Reω_k+iImω_k:

По координатам Im(ω_k) и Re(ω_k) в формирователе выходного сигнала и сумматоре последовательно формируется следующий сигнал

Учитывая, что сигнал Y(t) содержит две аддитивные добавки, а именно сам полезный сигнал Y_s(t) и трассовые искажения Y_т(t), выделение полезного сигнала осуществляется в решетчатом фильтре 6 по формуле:

где: * - операция свертки; Y_j(t) - набор обнаруживаемых сигналов в блоке эталонов преобразованных сигналов.

Обнаружение сигнала из заданного класса Y_j(t) осуществляется по supΘ_j(t) в решетчатом фильтре.