СОЗДАНИЕ МЕТОДА И СХЕМ ПОДАВЛЕНИЕ ВНЕПОЛОСНЫХ ПОМЕХ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.375

Б01: 10.15587/2313-8416.2018.153036

СОЗДАНИЕ МЕТОДА И СХЕМ ПОДАВЛЕНИЕ ВНЕПОЛОСНЫХ ПОМЕХ © Т. Д. Гуцол

Проведено теоретическое обоснование адаптивного алгоритма подавления внеполосных помех. В основу обоснования положен метод выделения сигнала на фоне аддитивных шумов. Сущность метода состоит в пропускании смеси сигнала и шума через фильтр, в котором шум подавляется, а сигнал практически не изменяется. Для определения эффективности схема аддитивного компенсатора внеполосных помех и вычисления отношения сигнал/шум на его выходе использован метод минимума среднего квадрата ошибки

Ключевые слова: внеполосная помеха, фильтр подавления помех, сигнал/шум на выходе фильтра, среднеквадратичная ошибка

1. Введение

В результате анализа литературных источников было установлено, что структура и чувствительность приёмника для измерения теплового излучения животных будет зависеть от метода и схемных решений по подавлению внеполосных помех [1].

Подавление внеполосных помех в радиометрическом приёмнике можно рассматривать как разновидность задачи оптимальной фильтрации, когда сигнал и шум пропускаются через фильтр, в котором шум подавляется, а сигнал не изменяется. Алгоритм подавления внеполосных помех, который может быть синтезирован на основе данного метода, представляет собой решение уравнения Винера-Хопфа [2].

Для создания аддитивного компенсатора внеполосных помех (АКВП) необходимо проведение теоретических исследований, связанных с получением соотношений для аналогового алгоритма компенсации внеполосных помех по критерию минимума среднего квадрата ошибки (МСКО) в комплексной дифференциальной форме [3].

2. Литературный обзор

В настоящее время широкое распространение в теории адаптивных систем получил метод минимума среднего квадрата ошибки [3, 4]. Алгоритм, который может быть синтезирован на основе данного метода, представляет собой решение уравнения Винера-Хопфа методом наискорейшего спуска с помощью приближения, которое состоит в том, что квадрат одиночной выборки сигнала ошибки на выходе аддитивного компенсатора внеполосных помех (АКВП) принимается за оценочное значение среднего квадрата ошибки СКО [5].

Поэтому данный алгоритм МСКО требует минимальной информации о параметрах помехи и может служить основой для практического применения и реализации теории адаптации при построении сложных систем.

Однако математическое обоснование данного алгоритма в настоящее время проведено только в

дискретном времени, а известные результаты получены в квазистатическом приближении [4-7], что обуславливает ограниченные возможности применения полученных алгоритмов для подавления помех в сложных динамических системах.

Поскольку оптимальное решение задачи адаптивной компенсации, как правило, физически нереализуемо [4, 5], необходимо получить такой квазиоптимальный алгоритм подавления внеполосных помех, который можно было бы сравнительно просто реализовать физически [4].

Кроме того, важно, чтобы он обладал быстрой сходимостью во времени к оптимальному решению [4-10], т. е. мог обеспечить подавление в реальном масштабе времени, а не в процессе последующей обработки [4].

3. Цель и задачи исследования

Целью работы является теоретический анализ метода и схем подавления внеполосных помех в радиометрическом приёмнике.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Обосновать обобщённую структурную схему аддиативного компенсатора внеполосных помех.

2. Определить эффективность аддитивного компенсатора по подавлению внеполосных помех и вычислить отношения сигнал/шум на его выходе.

4. Создание метода и схем подавления вне-полосных помех

Для теоретического обоснования адаптивного алгоритма подавления внеполосных помех была рассмотрена общая структурная схема, представленная на рис. 1.

Соответственно N коррелирован с М, но статистически не взаимосвязаны, или слабо коррелирован с S [3]. На основании данной схемы был синтезирован адаптивный алгоритм подавления внеполосной помехи (рис. 2).

Рис. 1. Общая структурная схема адаптивного компенсатора: S, М, N - полезный и мешающие сигналы

Рис. 2. Общая функциональная схема аналогового АКВП: УФОС - устройство формирования опорного сигнала; АФ - адаптивный фильтр

Синтезируемая схема (рис. 2) имеет один общий (для основного и опорного входов) вход, представляющий собой основной вход для компенсирующей схемы. На этот вход поступает полезный сигнал и частотно-разделимые (внеполосные по отношению к полезному) помехи.

В устройстве формирования опорного сигнала (УФОС) полезный сигнал фильтруется, в результате чего на вход адаптивного фильтра (АФ) адаптивного компенсатора помех (АКВП) будут поступать помехи, коррелированные только с помехами в основном входе. При этом синтезированный адаптивный алгоритм должен однозначно определять структуру и особенности построения адаптивного компенсатора внеполосных помех [3-7]. Для синтеза схем подавления частотно-разделимых с полезным сигналом помех необходимо получить выражение для аналогового алгоритма МСКО в комплексной области.

Запишем выражение для опорного сигнала X (внеполосного сигнала, поступающего на опорный вход АКВП) и для параметрической передаточной функции АФ W в следующем виде [10]:

X (5) = Хд + (Х,, (1)

Ж (V; 5) = Ж + , (2)

где символы Я и I - действительная и мнимая части комплексных величин; / - мнимая единица; - аргумент преобразования Лапласа.

Запишем выражения для сигнала ошибки и сигнала на основном входе АКВП Y в следующем виде [10]:

е(V; 5) = + , (3)

У (5) = Уя + (У1. (4)

Поскольку входные и выходные величины представлены в комплексной форме, следовательно, и алгоритм должен обеспечивать перестройку как мнимой, так и вещественной составляющих параметрической передаточной функции АФ. По-

этому выходной сигнал АФ Z в комплексной форме записи можно представить следующим образом [10]:

Z (t; S) = Z + iZj.

(5)

Запишем в общем виде выражение для сигнала ошибки на выходе АКВП и сигнала на выходе АФ [11]:

s(t; S) = Y (S) - Z (t; S), Z (t; S) = W (t; S) X (S).

(6) (7)

Поскольку в синтезируемом алгоритме обеспечивается перестройка как мнимой, так и вещественной компонент параметрической передаточной функции W (1,8), то в соответствии с этим выполняются следующие условия [11]:

limS = sr

\ime! = S min.

(8)

(9)

Причем наиболее приемлемой для данной минимизации целевой функции средняя мощность сигнала на выходе АКВП:

Применяя метод наискорейшего спуска к действительной и мнимой частям параметрической передаточной функции АФ путем перестройки их вдоль соответствующих оценок градиента, взятых со знаком минус, получим:

dWR dt

= -^Уя [s(t;S)s*(t; S)],

dW г , i

d— = -tvi [s(t; S)s (t; S)].

(14)

(15)

Тогда с учетом выражения (6) можно записать:

йЖ {V, Б)

dt

+iVIs{t; S) s * (t; S).

= M{Vr [s(t; SS(t; S)]-

(16)

Далее, используя выражения (3.12) и (3.15), получим окончательно искомое соотношение для аналогового алгоритма компенсации внеполосных помех по критерию МСКО в комплексной дифференциальной форме [10]:

dW (t; S) dt

= -2ps{t; S) X * (S).

(17)

Е\е(г; Б) е'(г; 5)! =

(10)

= Е +е] ] = Е [^ ] + Е [^ ],

где Е [•] - символ математического ожидания от случайной величины, заключенной их скобках; звездочка (*) означает комплексно-сопряженную величину (поскольку обе составляющие сигнала ошибки е( 1,8)

«сдвинуты» по фазе относительно друг друга на 90°, их минимизацию нельзя проводить независимо).

Выражение для комплексно-сопряженной к сигналу ошибки величины имеет вид

е'(г;5) = У'(5) - Ж' (V;5)Х(5). (11)

Найдем мгновенное значение градиента У[-] величины 1,Б)е*( 1,8)] вдоль действительной и мнимой составляющих:

V [е(Г; 5 )] = е(Г; 5 ){у л [е'(Г; 5)]} +

+е(К 5 ){УД [е(Г; 5)]}= (12)

= а(Г; 5) {-X * (5)} + е'(Г, 5) {-X (5).

V, [е(Г, 5 )£*(Г; 5)] = е(Г, 5) {V, [е'(Г, 5) ]} + +е'(Г;5){V, [е(Г;5)]}= (13)

= а(Г; 5) {(X(5)} + е'(Г, 5) {-X* (Г, 5).

На рис. 2. представлена общая функциональная схема одномерного АКВП, построенного в соответствии с полученным аналоговым адаптивным алгоритмом МСКО в спектральной области [10].

5. Результаты исследования

Повышение чувствительности радиометрического приёмника для измерения теплового излучения животных получен алгоритм подавления внеполос-ных помех, который синтезирован на основе решения уравнения Винера-Хопфа. Анализ алгоритма компенсации внеполосных помех выполнен с использованием критерия минимума среднего квадрата ошибки (МСКО) в комплексной дифференциальной форме. Результаты исследований позволили разработать схему одномерного АКВП, построенного в соответствии с полученным аналоговым адаптивным алгоритмом МСКО в спектральной области.

6. Выводы

1. Подавление внеполосной (например, по зеркальному каналу) помехи в принципе можно осуществить с помощью одного АКВП в случае, если его параметры (собственный динамический диапазон, рабочая полоса частот) согласованы с параметрами компенсируемых помех.

2. Синтезированный алгоритм МСКО является состоятельным и несмещенным, а достижимая при его реализации эффективность достаточно высока, поэтому данный алгоритм можно использовать для компенсации внеполосных помех в динамических системах.

Литература

1. Радиопомехи индустриальные. Методы испытаний источников индустриальных радиопомех. Москва: Изд-во стандартов, 1984. 78 с.

2. Кузьмин В. Б. Построение групповых решений в пространствах четких и нечетких бинарных отношений. Москва: Наука, 1982. 168 с.

3. Адаптивная обработка сигналов в антенных решетках / Бураков В. А. и др. // Зарубежная радиоэлектроника. 1976. № 8. С. 35-39.

4. Ундроу Б. Адаптивные компенсаторы помех. Принципы построения и применения // ТИИЭР. 1975. № 12. С. 69-97.

5. Биховений М. А. Применение многоканальных компенсаторов помех в каналах связи. Москва: Радиотехника,

1984. № 12. С. 9-16.

6. Максимов М. В. Защита от радиопомех. Москва: Сов. радио, 1976. 495 с.

7. Лошин В. И., Комаров В. М., Нестеренко Н. И. Адаптивные антенные решетки в каналах широкополосной связи // Зарубежная радиоэлектроника. 1983. № 5. С. 3-23.

8. Методы обработки сигналов при наличии помех в линиях связи / ред. Каменев Е. Ф. Москва: Радио и связь,

1985. 224 с.

9. Бристод Т. А. Применение адаптивных компенсаторов помех для радиосвязи и радиолокации: Экспресс - информация // Радиотехника сверхвысоких частот. 1980. № 22. С. 16-20.

10. Тихонов В. И. Статистическая радиотехника. Москва: Радио и связь, 1982. 624 с.

11. Цыпкин Я. З. Основы теории автоматических систем. Москва: Наука, 1977. 560 с.

Рекомендовано до публгкацИ д-р техн. наук Черенков О. Д.

Дата надходження рукопису 13.11.2018

Гуцол Тарас Дмитриевич, кандидат технических наук, доцент, кафедра энергетики и электротехнических систем в АПК, Подольский государственный аграрно-технического университет, ул. Шевченко, 13, м. Каменец-Подольский, Украина, 32316 E-mail: tte_nniekt@ukr.net

УДК 624.011

DOI: 10.15587/2313-8416.2018.153370

ПРАКТИЧН1 РЕКОМЕНДАЦП ПО РОЗРАХУНКУ КАРНИЗНИХ ВУЗЛ1В ГНУТОКЛЕеНИХ РАМ З КЛЕеНО1 ДЕРЕВИНИ з врахуванням СКЛАДНОГО НАПРУЖЕНОГО СТАНУ

© Д. В. Михайловський, Д. М. Матющенко

На nidcmaei експериментальних даних уточненi коефщгенти A, Ac та Bc,c.90 умови мщностг для карниз-них вузлiв гнутоклеених рам. Запропонован практичн рекомендацИ по розрахунку карнизних вузлiв гну-токлеених рам з врахуванням складного напруженого стану клеено! деревини та встановлен небезпечнi точки по довжин карнизного вузла для р1зних спiввiдношень кривини карнизного вузла r/h спiвiдношень hmaa/L. Розроблен блок~схеми для розрахунку гнутоклеених рам з спiввiдношеннями кривини карнизного вузла r/h<4 та r/h>4

Ключовi слова: клеена деревина, напружено-деформований стан, карнизний вузол, гнутоклеена рама, складний напружений стан

1. Вступ

На даний момент ознак масового застосування конструкцш з клеено! деревини в капитальному будь внищга Укра!ни не помiчено. Дане явище неможливо ввднести до позитивно! тенденцп розвитку вичизня-них будiвельних конструкцш в будiвлях та спорудах рiзного функщонального призначення.

Досввд проектування конструкцш з клеено! деревини (дал1 ККД) в сучаснш Укра!ш достатньо невеликий, положения i норми прийняп для проектування клеено! деревини були мехашчно перенесет з щльно! деревини, без врахування особливостей дшс-ного напруженого стану. Для конструкцш з щльно! деревини достатньо було виконання перевiрок розра-хункових поперечних перерiзiв на вщповвдш макси-мальш розрахунковi напруження, проте у випадку

ККД подiбних розрахуншв недостатньо. Сумюна д!я окремих напружень формуе особливий напружений стан, який суттево впливае на надшнють конструкцш з клеено! деревини. Внаслщок надзвичайно! ашзот-ропи мехашчних властивостей клеено! деревини сумюна д!я рiзних напружень призводить до зниження мщносп матерiалу, що тдтверджено в робот [1]. Але слщ врахувати, що вище наведене явище не е недолгом, а скорше платою за можливють створення нових конструктивних форм, надання елементам рiз-номаттних обриав (ломаних, криволгншних тощо) та архгтектурно! вишуканосп. Завдяки дотриманш в гнутоклеених рамах принципу спрямовано! орiентацi! та збалансовано! мщносп дан рами е найбшьш ращ-ональною конструктивною формою. Ця конструктивна форма мае високу надшнють, що шдтверджуеть-