Уидроу, Стирнз - Адаптивная обработка сигналов (1044225), страница 60
Текст из файла (страница 60)
(12.79) Подавление помех в боковых лепестках диаграммы направленности антеннът Появление мощных мешающих сигналов в направлениях боковых лепестков диаграммы направленности (ДН) антенной решетки может создать серьезную помеху прп приеме более слабых сигналов по основному лучу. Г!ри небольшом числе пространственно разнесенных источников помех простым способом решения зада~и) приема сигналов может быть адаптивное подавление этих помех. Задача по определению достижимого снижения уровней помех по боковому лепестку при адаптивном подавлении решалась с помощью моделирования на ЭВМ. Способ аналогичен описанному ниже в гл. 13 [6, 35). Как показано на рис.
12.32, решетка состоит из 16 равномерно расположенных по окружности ненаправленных элементов, Выходные сигналы элементов имеют соответствующие задержки и при суммировании формируют основной луч с относительным углом 0'. При моделировании помеха с той же полосой частот и мощностью, равной 100 единицам, подава- 316 Помеха )мощность равна 100 единицам) / / / 2 /а о з о 16 о 16 о 4 о 14 . о Ситнап )мощность равна 1 единице) Направление приема 1З о 12 о 11 о 8 9 о о )О о Рис. 12.32. Схема решетки в эксперименте но адаптивному подавлению боко- вык лепестков лась на вход решетки под углом 58'.
Решетка соединена с адаптивным устройством подавления помех, как показано на рис. 12.5. Выходной сигнал диаграммообразуюшей схемы используется в качестве входного сигнала устройства подавления, а выходной сигнал отдельного элемента (4 на рис. !2.32) — в качестве эталонного сигнала. Устройство подавления включает в себя адаптивный фильтр с 14 весовыми коэффициентами, процесс адаптации проводится по алгоритму наименьших квадратов с ))=7 10 — '. На рис.
12.33 показаны две последовательности вычисленных ДН: первая — - для одной частоты, равной !/4 частоты отсчетов, другая — для средней по восьми частотам в интервале от 1/8 до 3/8 частоты отсчетов. На этих диаграммах наблюдается изменение основного и боковых лучей в процессе адаптации для фиксированного 'шсла итераций. Отметим, что в направлении помехи, помеченном стрелкой, формируется нуль ДН. В начале адаптации все весовые коэффициенты равны нулю.
Среднее для всех восьми частот значение отношения сигналшум после адаптации равно +20 дБ, отношение сигнал-шум для отдельного элемента решетки равно — 20 дБ. В соответствии с (12.32) этот результат подтверждает, что отношение сигнал-шум на выходе системы обратно отношению на эталонном входе, т. е.
иа элементе решетки. Поскольку коэффициент усиления основного луча в направлении сигнала (т е под углом 0'), изменяется, возникает небольшое подавление сигнала, Эти изменения не являются неожиданными, так как на адаптивный процесс не накладываются ограни- 317 Перноднческан помеха 90 Рис. !2.33. Результаты эксперимента по адаптивному подавлению боковых лепестков: а — одна час~ота (равнан пааоин. ие частоты среза); б — среднее из восьми частот (от 0,20 до 0,75 от частоты среза) опопосный.
выходной сигнал Мирокополоси сигнал циклов адаптац — 90 ддаптивнбе устройство подавлении помех Подавление периодической помеха н системе без ане(пиего эталонного сигнала Рис. 12.34. 250 циклов адапт циклов адап — 4 75 50 25 а) Временной отсчет 7000 циклов адапта а) б) о 3 а о Х 25 50 75 )ОО Временной отсчет б) Рис. 12,33, а — входной сигнал чсния относительно диаграммы основного луча. Полученный в [371 способ адаптации по алгоритму наименьших квадратов без этих потерь рассмотрен в гл.
!3. Подавление периодической помехи с помощью адаптивного устройства предсказания В некоторых случаях широкополосный сигнал искажается пе. риодической помехой, при этом не имеется внешнего эталонного сигнала, не содержащего сам сигнал. В качестве примера можно назвать воспроизведение речи или музыки при наличии шумов магнитофонной пленки или диска, а также прием сейсмических сигналов в шумах автомобильного двигателя для силовых установок. На первый взгляд может показаться, что для уменьшения или исключения такого вида помех нельзя применять адаптив- 318 'ч а х а о о о.
а а о Результат эксперимента по подаалеиию периодической помехи: (коррслвроваииый гауссовский шун и сивусондальныа сигнал); б — выходной сигнал (коррелнрованиый белый шум) 319 ное подавление. Однако при получении эталонного сигнала непосредственно из входного через заданную задержку Л, как показано на рис. 12.34, во многих случаях можно легко подавить периодическую помеху. ' Выбранная задержка должна быть достаточной для того, чтобы составляющие широкополосного сигнала па эталонном входе были не коррелированы с этим сигналом на входе. Из-за периодичности составляющие помехи остаются при этом ксррелированными. Из рис. 12.34 следует, что система содержит адаптивное устройство предсказания.
Предсказуемая составляющая входного сигнала исключается, и на выходе системы остается непредсказуемая составляющая. На рис. 12.35 приведены результаты моделирования на ЭВМ Входного (а) и выходного (б) сигналов устройства подавления. Входной сигнал представляет собой сумму сигнала в виде небе- лого гауссовского шума и помехи в виде сннусоидального сигнала.
Поскольку задача решалась методом моделирования и входной широкополосный сигнал известен точно, он показан наряду с выходным сигналом на графике, из которого видно хорошее совпадение этих сигналов. Это совпадение не является полным пз-за того, что фильтр имеет ограниченную длину и скорость адаптации. Адаптивный следящий фильтр Описанный в предыдущем подразделе эксперимент можао, кроме того, использовать для иллюстрации еше одного важного приложения адаптивного устройства подавления помех. Во многих случаях, когда имеется входной сигнал, состоягцпй нз смеси периодического и широкополосного сигналов, представляют интерес периодические, а не широкополосные составляющие.
Втлн выходной сигнал системы на рис. 12.34 снимается с адаптивного фильтра, то в результате имеем адаптивный следяший фильтр, который может выделять из широкополосного шума периодический сигнал. На рис. 12.36 показана схема адаптивного устройства подавления в качестве следянгего фильтра Выходной сигнал этой системы получен с помощью моделирования на ЭВМ для входного сигнала из предыдущего примера (рнс. 12,35,а). Действительный входной сннусондальный сигнал и полученное в результате адаптации его приближение показаны на рнс. 12.3?. Здесь сигнал ошиоки представляет собой случайный процесс с малой амплитудой.
На рис. 12.38 приведены импульсная характеристика и передаточная функция адаптивного фильтра после сходимости. Импульсная характеристика (рис. !2.38,а) близка к синусоидальночу сигналу. При широкополосной входной составляющен опти- Широкополосиая помехе Периоди сигнал дихеский иои сигнал 1 Адаптивное устроиство подавпеиия помех Рис.
12.36. С Схема адаптивного устроиства подавления помех в качестве отеля щего фильтра мальное устройство приема является согласованным фильтром, а его импульсная характеристика имеет синусоидальную форму. Приведенная на рис. !2.38,б передаточная функция равна дискретному преобразованию Фурье от импульсной характеристики. На частоте помехи ее амплитуда близка к единице — значеч нию, требуемому для полного подавления, Сдвиг фазы на это й астоте не равен нулю, но при сложении с фазовым сдвигом, вносимым задержкой Л, приводит к суммарному сдвигу на 360'. Аналогичные эксперименты проведены для сумм синусоидальных сигналов и широкополосной случайной помехи.
В этих экспериментах адаптивный фильтр имеет резонансы на всех частотах, на которых во входном сигнале расположены периодические спектральные составляющие, Таким образом, эту систему можно использовать в качестве автоматического устройства поиска. Другие эксперименты показали, что адаптивный следящий фильтр можно использовать в качестве накопителя при обнару- фипмра ал ВремеНной ото»ет 11 — 12 321 ' Если задержка Л больше общей задержки адаптивного фильтра, то и гж. но ввести ее в цепь входного, а не эталонного сигнала. В противном слупзс фильтр будет подавлять как сигнал, так и помеху. 320 о 25 50 25 тпо Рис 12.37. Результат эксперимента со следящим фильтром Входной яцыне я — 2 о цня 128 ре ьо х х х к но с В 3 а н а н а е а м к Л временном а»снег Рис. 12.38. Экспериментальные характеристики адаптивного следящего фильтра: а — импульсная херекгерясгнке еденгненага фильтра паоле нденгецнн; б — ЛЧХ сдлп»кена»а фильтра после едептецнн Рпс.
1239 С адаптивного цак тела а,8 о,б од < о,о ов Чесгаге (атнаснгеаьна частоты отсеете! б! женин в шуме синусоидальных сигналов с очень низким уровнем. В следующем подразделе кратко рассмотрен подход к такому применению адаптивного устройства подавления. Адаптивный накопитель Классическая задача обнаружения состоит в том, чтобы найти в шуме синусоидальный сигнал низкого уровня.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
