×
01.03.2019
219.016.cb84

СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТРАЦИИ СИГНАЛОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002395158
Дата охранного документа
20.07.2010
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к радиотехнике, радиолокации, радионавигации и может быть использовано в системах, где требуется проводить цифровую обработку сигналов с неизвестной структурой на фоне шума. Достигаемый технический результат - значительный выигрыш в помехоустойчивости. Способ цифровой фильтрации с использованием адаптивной, сглаживающей полиномиальной и вейвлет-фильтрации характеризуется тем, что обработку входного сигнала проводят одновременно всеми перечисленными методами, при этом качество фильтрации различными алгоритмами оценивают путем вычисления коэффициента корреляции между всеми парами отфильтрованных сигналов по принципу "каждый с каждым", формируют выходной сигнал y, который представляет собой среднее значение между двумя выходными сигналами, коэффициент корреляции между которыми выше и его используют для корректировки алгоритмов фильтрации составных фильтров на последующем этапе фильтрации. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиотехнике, радиолокации, радионавигации, радиомониторингу и может быть использовано в радиотехнических системах, где требуется проводить цифровую обработку сигналов с неизвестной структурой на фоне шума.

В настоящее время известны различные способы и устройства (см. патенты и заявки на изобретения Российской Федерации №2282209, 95101521, 2001122784) цифровой фильтрации. Предлагаемые способы и устройства цифровой фильтрации основаны на:

- фильтрации входного процесса в двумерной масштабно-временной области с помощью операций непрерывного вейвлет-преобразования;

- оптимальной обработке заранее известных сигналов на фоне шума;

- адаптивных методах фильтрации.

Известно устройство оптимальной фильтрации сложных сигналов на фоне шума. Заявленное изобретение относится к радиотехнике, радиолокации и навигации и представляет собой оптимальный фильтр, в котором все вычисляемые произведения входного сигнала с опорным находятся в заданном диапазоне значений, определяемом входным отношением сигнал/шум [Заявка на изобретение RU 95101521 A1, H03H 17/00, Устройство оптимальной фильтрации сложных сигналов, опубликована 27.11.1996].

Недостатком данного способа является возможность оптимальной фильтрации заранее известных сигналов на фоне шума. При этом не решается задача фильтрации сигнала с неизвестной структурой.

Также известен способ цифровой адаптивной фильтрации радиосигналов на основе совместного использования М цифровых фильтров, тип каждого из которых оптимален по критерию максимума апостериорной плотности вероятности для фильтрации одного из базовых сигналов. В предлагаемом способе цифровой адаптивной фильтрации используют тренировочный процесс для оптимального обнаружения элемента структуры объекта зондирования. При осуществлении фильтрации М фильтрами проводят задание порогов принятия решений, вычисление вероятностей различных гипотез относительно типа входного сигнала, вычисление отношений вероятностей и их сравнение с порогами, определение наиболее вероятной гипотезы о типе входного сигнала. При этом проводят оценку амплитуды входного сигнала, отвечающего различным гипотезам, причем количество задаваемых порогов принятия решений определяется числом гипотез [заявка на изобретение RU 2001122784 А, Н03Н 21/00, А61В 8/00, Способ цифровой адаптивной фильтрации сигналов и устройство для его выполнения, опубликованная 10.07.2003].

Недостатком данного способа является возможность цифровой адаптивной фильтрации одного из базовых сигналов. При этом не решается задача фильтрации сигнала с неизвестной структурой (произвольным типом модуляции).

Анализ источников информации патентной и научно-технической литературы показал, что наиболее близким является способ двухуровневой фильтрации сигналов, согласно которому сначала проводят предварительную фильтрацию принятого входного сигнала в масштабно-временной области путем вычисления прямого вейвлет-преобразования принятого входного сигнала, вычисления прямого вейвлет-преобразования копии излученного сигнала, формирования двумерной фильтрующей функции в масштабно-временной плоскости, после чего проводят согласованную фильтрацию от обратного вейвлет-преобразования.

Достигаемым техническим результатом применения предварительной фильтрации является значительный выигрыш (более 6 дБ) в помехоустойчивости по сравнению с классической согласованной фильтрацией или корреляционным приемником [патент RU 2282209 C1, G01S 7/36, G01S 15/00, Способ и устройство обнаружения сложных широкополосных частотно-модулированных сигналов с фильтрацией в масштабно-временной области, опубликованный 20.08.2006], который выбран в качестве прототипа.

Тем не менее, указанный способ позволяет проводить фильтрацию только сложных широкополосных частотно-модулированных сигналов, при этом использование данного способа для фильтрации сигналов с неизвестной структурой (произвольным типом модуляции) не представляется возможным.

Задачей настоящего изобретения является повышение отношения сигнал/шум входного сигнала с априорно неизвестными структурными параметрами. Эту задачу решают предлагаемым способом цифровой фильтрации, который одновременно использует:

- адаптивные алгоритмы фильтрации с линейным предсказанием;

- сглаживающие полиномиальные алгоритмы фильтрации;

- алгоритмы пакетной вейвлет-фильтрации.

Выбор фильтров различного типа обусловлен постановкой задачи исследования, согласно которой фильтрацию проводят при априорной неопределенности параметров входного сигнала. Различные алгоритмы фильтрации по разному обрабатывают входной сигнал, совместное использование перечисленных алгоритмов фильтрации позволяет создать комплексный алгоритм цифровой фильтрации.

Выбор адаптивного фильтра с линейным предсказанием обусловлен тем, что данный алгоритм фильтрации не требует априорной информации об исследуемом сигнале. Для фильтрации входного сигнала применяют авторегрессионный метод линейного предсказания, который сводится к решению рекуррентного уравнения, по которому из ряда предшествующих точек сигнала вычисляется ряд последующих точек.

Принцип работы сглаживающих полиномиальных фильтров основан на том, что при фильтрации данные разбиваются на кадры, которые аппроксимируют полиномами, коэффициенты которых подбирают по критерию минимума среднего квадрата отклонения.

Еще одним из методов фильтрации сигнала с априорно неопределенными параметрами при низком отношением сигнал/шум является метод, основанный на использовании алгоритмов вейвлет-анализа. В алгоритме Маллата быстрого вейвлет-преобразования (БВП) при переходе с масштабного уровня m на уровень m+1 функцию аппроксимирующих коэффициентов cm,k разделяют на низкочастотную (cm+1,k) и высокочастотную (dm+1,k) части спектрального диапазона, и при дальнейшем увеличении масштабных уровней аналогичному разложению последовательно подвергают только низкочастотные функции (аппроксимирующие), как показано на фиг.1 слева. В пакетном алгоритме БВП операцию последовательного частотного расщепления применяют как для низкочастотных, так и для высокочастотных (детализирующих) коэффициентов. В результате возникает древо разложения вейвлет-коэффициентов быстрого вейвлет-преобразования, пример которого (в предельной форме расщепления на всех уровнях) показан на фиг.1 справа.

При таком расщеплении вейвлеты каждого последующего уровня образуют из вейвлета предыдущего уровня разделением на два новых вейвлета:

где:

hn - коэффициенты низкочастотного фильтра для текущего уровня декомпозиции;

gn - коэффициенты высокочастотного фильтра для текущего уровня декомпозиции;

t - анализируемый временной интервал;

n - шаг разложения.

Новые вейвлеты также локализованы в пространстве, но на вдвое более широком интервале. Полный набор вейвлетных функций разложения называют вейвлет-пакетом. Мерой оптимальности служит концентрация числа вейвлет-коэффициентов для реконструкции сигнала с заданной точностью. Оценка информативности набора коэффициентов выполняется по энтропии, под которой понимают величину:

где s является сигналом, a sn является значениями сигнала s.

Любое усреднение коэффициентов увеличивает энтропию. При анализе древа вычисляют энтропию узлов и его разделенных частей c и d (см. фиг.1). Если при разделении узла энтропия не уменьшается, то дальнейшее ветвление с этого узла не имеет смысла.

Сам процесс фильтрации сигналов с использованием вышеизложенного алгоритма заключается в том, что производят ограничение древа до определенного уровня декомпозиции и отсечку ветвей с локальными особенностями сигналов, например с шумами.

Принцип работы предлагаемого способа цифровой фильтрации показан на фиг.2. Согласно приведенной на фиг.2 схеме входной сигнал xвх(t) одновременно поступает на все составные фильтры. Так как параметры сигнала, поступающего на вход приемника, априорно неизвестны, следовательно, качество фильтрации различными методами оценить сложно, поэтому принимают решение о том, что все сигналы равновероятно отфильтрованы с одинаковым качеством, то есть:

где:

Py1 - вероятность того, что первый фильтр лучше отфильтровал входной сигнал;

Py2 - вероятность того, что второй фильтр лучше отфильтровал входной сигнал;

Py3 - вероятность того, что третий фильтр лучше отфильтровал входной сигнал.

После фильтрации различными методами вычисляют коэффициент корреляции между всеми выходными сигналами yi(t) составных фильтров по принципу "каждый с каждым", согласно соотношению Браве-Пирсона данный коэффициент относится к параметрическим коэффициентам и для практических расчетов вычисляется по формуле:

где:

yii - значения отсчетов сигнала с выхода одного из фильтров;

- среднее значение по всем отсчетам сигнала на выходе одного из фильтров;

yii+j - значения отсчетов сигнала с выхода другого фильтра;

- среднее значение по всем отсчетам сигнала на выходе другого фильтра.

После проведенных расчетов в решающем устройстве принимают решение о том, что между двумя выходными сигналами yi, yi+j коэффициент корреляции выше, чем между любыми другими парами сигналов yi+k, yi+h.

Для сигналов yi и yi+j на выходе фильтров, между которыми коэффициент корреляции выше, принимают решение о том, что вероятность более качественной фильтрации у данной пары фильтров выше, чем между другими парами фильтров. Например, если коэффициент корреляции между первым и вторым фильтром больше чем между первым и третьим , вторым и третьим , то Py1=Py2>Py3.

Для дальнейшей обработки сигнала рассчитывают выходной сигнал yвых, который представляет собой среднее значение между двумя выходными сигналами, коэффициент корреляции между которыми выше, вычисление увых производят согласно следующему соотношению:

где:

yii, yii+j - значения отсчетов сигналов с выходов фильтров, коэффициент корреляции между которыми выше.

После того как рассчитан выходной сигнал yвых, данный сигнал используют для автоматической корректировки алгоритмов фильтрации всех составных фильтров. Данный сигнал становится опорным при дальнейшей фильтрации входного сигнала. На каждом очередном этапе фильтрации опорный сигнал yвых корректируют, подстраивая тем самым составные фильтры и оптимизируя процесс цифровой фильтрации входного сигнала с неизвестной структурой.

Предложенный способ цифровой фильтрации входного сигнала с неизвестной структурой является универсальным, поскольку позволяет системе автоматически подстраиваться под входной сигнал.

Достигаемым техническим результатом является повышение отношения сигнал/шум входного сигнала с неизвестной структурой. Данный результат достигают за счет применения нескольких независимых алгоритмов фильтрации, при этом качество фильтрации оценивают путем вычисления коэффициента корреляции между всеми парами сигналов (по принципу "каждый с каждым") отфильтрованными разными методами. При этом полученный выходной сигнал yвых на каждом этапе фильтрации используют в качестве опорного для корректировки алгоритмов фильтрации составных фильтров на последующем этапе фильтрации, организованный таким образом итерационный процесс продолжают в течение всего времени фильтрации входного сигнала с неизвестной структурой.

Способ цифровой фильтрации сигнала с использованием адаптивной, сглаживающей полиномиальной и вейвлет фильтрации, отличающийся тем, что обработку входного сигнала проводят одновременно всеми перечисленными методами, при этом качество фильтрации различными алгоритмами оценивают путем вычисления коэффициента корреляции между всеми парами отфильтрованных сигналов по принципу "каждый с каждым", после чего формируют выходной сигнал y, который представляет собой среднее значение двух выходных сигналов, коэффициент корреляции между которыми выше, выходной сигнал y на каждом этапе фильтрации используют в качестве опорного для корректировки алгоритмов фильтрации составных фильтров на последующем этапе фильтрации, причем организованный таким образом итерационный процесс продолжают в течение всего времени фильтрации входного сигнала с неизвестной структурой.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 83.
10.01.2013
№216.012.17be

Устройство для нанесения клея на изделие

Изобретение относится к устройствам для нанесения жидких клеев и герметиков на изделия и может быть использовано в различных технологических процессах, в частности, для нанесения расплава клея на поверхность сотового заполнителя перед склеиванием. В устройстве для нанесения клея на изделие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471570
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1d4b

Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве электропривода, например, на космическом аппарате. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель (1), редуктор с быстроходным (6), промежуточным (7) и тихоходным (8) планетарными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472993
Дата охранного документа: 20.01.2013
20.02.2013
№216.012.2639

Режущий узел мясорубки

Изобретение относится к устройствам для измельчения мясопродуктов и может быть использовано на мясоперерабатывающих заводах и в быту с достижением технического результата, заключающегося в повышении режущей эффективности при взаимодействии кромок лезвий ножа с кромками отверстий решетки и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475305
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.03.2013
№216.012.2dc2

Способ регулирования и стабилизации давления в рабочих установках сильфонного типа

Изобретение относится к области космической техники и может быть использовано для стабилизации заданного уровня тяги двигателей коррекций движения космического аппарата. Бак с рабочим телом (БРТ) имеет три емкости. Весь газ наддува (ГН) в начале находится в дополнительной емкости постоянного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477245
Дата охранного документа: 10.03.2013
10.04.2013
№216.012.33fa

Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в электроприводах механических систем космических аппаратов, в приводах другого назначения и в других областях техники. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель (1), редуктор с быстроходным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478849
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33fb

Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве электропривода, например, на космическом аппарате. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель (1), редуктор, включающий входной вал (4), предступень (5), быстроходный (6),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478850
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33fc

Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в электроприводах раскрытия крупногабаритных трансформируемых механических систем космических аппаратов, а также в других областях техники. Электропривод с трехступенчатым планетарным редуктором содержит электродвигатель (4),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478851
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33fd

Способ работы трехступенчатого планетарного редуктора

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве способа работы при реализации его в трехступенчатом планетарном редукторе. Способ работы трехступенчатого планетарного редуктора заключается в передаче крутящего момента от быстроходного вала к тихоходному посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478852
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33fe

Способ работы электропривода с трехступенчатым планетарным редуктором

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве способа работы при реализации его в трехступенчатом планетарном редукторе. Способ работы трехступенчатого планетарного редуктора заключается в передаче крутящего момента от электродвигателя (1) к выходному валу (23)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478853
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.33ff

Способ работы электропривода с планетарным редуктором

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве способа работы при реализации его в планетарном редукторе. Способ работы электропривода с планетарным редуктором заключается в передаче крутящего момента от входного вала (4) к выходному (20) посредством последовательно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478854
Дата охранного документа: 10.04.2013
Показаны записи 1-10 из 12.
20.06.2013
№216.012.4de8

Способ оценки параметров и демодуляции случайных сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для целей радиоконтроля, радиомониторинга, определения характеристик источников радиоизлучения. Способ основан на совмещении вейвлет-преобразования и статистической оценки параметров сигнала. Согласно изобретению оценка параметров и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485526
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.04.2014
№216.012.b33a

Способ обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для целей радиоконтроля, радиомониторинга, обнаружения случайных низкоэнергетических сигналов. Способ основан на исследовании фрактальных свойств принимаемых сигналов. Согласно изобретению обнаружение случайного низкоэнергетического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002511598
Дата охранного документа: 10.04.2014
10.10.2014
№216.012.fb95

Способ борьбы с источниками несанкционированных радиосигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для предотвращения несанкционированного доступа в спутниковых системах связи. Технический результат заключается в повышении вероятности предотвращения несанкционированного доступа в спутниковых системах связи в режиме реального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530251
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.02.2015
№216.013.2619

Способ определения радиотехнических характеристик крупногабаритных антенн для космических аппаратов без их непосредственных измерений

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения радиотехнических характеристик крупногабаритных антенн для космических аппаратов без их непосредственных измерений. Технический результат - повышение достоверности измерений радиотехнических характеристик...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541206
Дата охранного документа: 10.02.2015
13.01.2017
№217.015.7719

Способ организации помехоустойчивой связи

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для создания помехоустойчивых систем связи. Техническим результатом изобретения является снижение порога устойчивой работы широкополосной системы связи на 3…6 дБ за счет расширения полосы формируемого сигнала. Способ организации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599578
Дата охранного документа: 10.10.2016
25.08.2017
№217.015.b287

Глобальная система спутниковой связи и передачи данных с космическими аппаратами на низкой круговой орбите

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в спутниковых информационных системах. Технический результат состоит в создании глобальной спутниковой системы связи, позволяющей предоставлять в зоне обслуживания различные информационные услуги: голосовую связь, передачу коротких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614049
Дата охранного документа: 22.03.2017
25.08.2017
№217.015.c962

Многофункциональная система спутниковой связи

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для предоставления услуг мобильной и фиксированной спутниковой связи. Технический результат состоит в увеличении гибкости использования системы, позволяя абонентам выбрать необходимый абонентский терминал исходя из своих потребностей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619582
Дата охранного документа: 17.05.2017
26.08.2017
№217.015.d812

Способ компоновки приемной системы геостационарного космического аппарата для связи с низкоорбитальными объектами ракетно-космической техники

Изобретение относится к бортовому оборудованию геостационарных космических аппаратов (КА) для ретрансляции данных между низкоорбитальными КА и центрами управления и приема сообщений. На антенной штанге (14) вблизи рефлектора (13) параболической антенны закреплены с помощью установочных плит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622426
Дата охранного документа: 19.06.2017
01.03.2019
№219.016.cdf4

Способ формирования помехоустойчивых сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для повышения помехоустойчивости сигналов в широкополосных системах связи. Достигаемый технический результат - повышение помехоустойчивости сигнала в системах связи. Способ формирования помехоустойчивых сигналов основан на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002412551
Дата охранного документа: 20.02.2011
01.03.2019
№219.016.ce0d

Способ предотвращения несанкционированного доступа в спутниковых системах связи и устройство для его осуществления

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для предотвращения несанкционированного доступа в спутниковых системах связи. Технический результат - повышение вероятности предотвращения несанкционированного доступа в режиме реального времени. Согласно изобретению предотвращение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002419252
Дата охранного документа: 20.05.2011
+ добавить свой РИД