- •Введение
- •1. Помехи при обработке сигналов
- •1.1. Виды помех. Шумовая помеха
- •1.2. Реверберационная помеха
- •1.3. Статистические характеристики реверберации
- •2. Фильтрация сигналов на фоне помех
- •2.1. Постановка задачи фильтрации
- •2.2. Оптимальные фильтры устройств обнаружения
- •2.3. Согласованные фильтры
- •2.4. Согласованный фильтр и корреляционный приемник
- •2. 5. Физически возможные фильтры. Квазиоптимальные фильтры
- •2. 6. Синтез оптимальных фильтров
- •2.6.1. Синтез согласованного фильтра для прямоугольного видеоимпульса
- •2.6.2. Синтез оптимального фильтра для приема прямоугольного импульса на фоне коррелированного шума
- •2.6.3. Синтез фильтров, согласованных с радиоимпульсом
- •0 Вне интервала .
- •2. 7. Фильтрация сигнала на фоне реверберационной помехи
- •2. 8. Оптимальная фильтрация сигналов по критерию минимума среднеквадратической ошибки (сглаживающие и прогнозирующие фильтры)
- •3. Основы теории обнаружения сигналов на фоне помех
- •3. 1. Постановка задачи
- •3. 2. Метод статистических решений
- •3. 3. Возможные решения при обнаружении сигнала
- •3. 4. Критерии оптимального обнаружения
- •3. 5. Простейший обнаружитель Неймана-Пирсона
- •3. 6. Бинарное обнаружение полностью известного сигнала
- •3. 7. Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой
- •3. 8. Обнаружение сигнала со случайными амплитудой и начальной фазой
- •3. 9. Обнаружение объектов, распределенных в заданном объеме
- •3. 10. Корреляционные обнаружители сигналов со случайным временем прихода
- •3. 11. Особенности обнаружения изменений параметров сигнала
- •4. Обнаружение протяженных объектов
- •4. 1. Постановка задачи
- •4. 2. Обнаружение пачки некоррелированных импульсов
- •4. 3. Обнаружение сигналов с двоичным накоплением
- •4. 4. Последовательный обнаружитель
- •4. 5. Обнаружение коррелированных сигналов
- •4. 6. Достоверность результатов обнаружения
- •Список литературы
- •Редактор а. В. Крейцер
- •197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.
2.6.2. Синтез оптимального фильтра для приема прямоугольного импульса на фоне коррелированного шума
Пусть шум на входе фильтра имеет спектральную плотность Sn(), отличную от равномерной:
,
где 2a – спектральная плотность шума при w = 0; g–- постоянная, характеризующая ширину энергетического спектра.
В соответствии с выражением (2.8) тогда можно получить формулу для комплексной частотной характеристики оптимального фильтра для приема прямоугольного видеоимпульса на фоне коррелированного шума:
(2.19)
Оператор jw соответствует оператору идеального дифференцирования. Структурная схема оптимального фильтра, построенного в соответствии с формулой (2.19), изображена на рис. 2.5:
Рис. 2.5
На рисунке 6,7 – устройства дифференцирования; 8 – вычитатель. Назначение остальных блоков ясно из предыдущего.
Выражение (2.19) может быть преобразовано к виду
Структурная схема фильтра, соответствующая этому выражению, содержит на один блок меньше. Временной метод синтеза оптимальных фильтров для приема сигналов на фоне коррелированного шума используется редко, так как в этом случае передаточная функция фильтра обычно не позволяет построить структурную схему столь же просто, как это было сделано ранее.
2.6.3. Синтез фильтров, согласованных с радиоимпульсом
Очень часто на вход приемного устройства (например, ультразвукового эхоскопа) поступают радиоимпульсы, и оптимальные фильтры целесообразно реализовывать для них. Пусть имеется радиоимпульс с прямоугольной огибающей
0 Вне интервала .
Его комплексный спектр
Тогда комплексная частотная характеристика согласованного фильтра при t0 = tи:
Если w0tи = 2np , где n–- целое число, т. е. импульс содержит целое число периодов, то и
(2.20)
Множитель j соответствует передаточной функции высокодобротного колебательного контура (при сопротивлении потерь, равном нулю). Сравнивая выражения (2.18) и (2.20), можно заметить, что при переходе от приема прямоугольного видеоимпульса к приему радиоимпульса с прямоугольной огибающей необходимо идеальный интегратор заменить на высокодобротный колебательный контур. Структурная схема согласованного фильтра для радиоимпульса с прямоугольной огибающей и формы входного и выходного сигналов показаны на рис. 2.6. Из него видно, что согласованный фильтр для радиоимпульса искажает входной сигнал, затягивает его, причем форма огибающей совпадает с формой сигнала на выходе фильтра, согласованного с прямоугольным видеоимпульсом.
Найдем выражение для выходного сигнала такого согласованного фильтра. При этом для упрощения вычислений используем соотношение [7]:
,
где za(t) – аналитический сигнал; Re - реальная часть. Подставляя сюда значение za(t), приведенное выше,получим:
или, в силу симметрии ковариационной функции,
Тогда в соответствии с формулой (2.14) выходной сигнал имеет вид
Видно, что длительность треугольного радиоимпульса на выходе согласованного фильтра в два раза превышает длительность прямоугольного радиоимпульса на входе.
Рис. 2.6
На практике для фильтрации радиоимпульсов применяются квазиоптимальные фильтры в виде колебательных контуров с затуханием, систем таких контуров или активных полосовых фильтров. Возможно также использование различного рода электромеханических фильтров.