Устройство робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания

МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ способности от минимальной до очень высокой, за счет увеличения широкополосности фильтра и в условиях воздействия внутриполосных импульсных помех. Предложено устройство робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания, содержащее транзисторные ключи, работающие в противофазе от генератора тактовой частоты,равной двадцатипятикратному значению частоты среза фильтра, определяющая частоту среза фильтра мкость, соединенная с транзисторными ключами и выходной усилитель, синтезатор частоты и напряжения,в состав которого входят преобразователь уровня напряжения, опорный генератор,последовательно соединенный с делителем с фиксированным коэффициентом деленияи импульсно-фазовый детектор, ко второму входу которого подключены последовательно соединенные анализатор ширины спектра, преобразователь ширина-код и делитель с переменным коэффициентом деления , а выход соединен с входом фильтра низких частот с запоминанием уровня, выход которого связан с входами генератора управляемого напряжением и преобразователя уровня напряжения, выход ПН соединен с входом, в качестве которой использован параметрический элемент - варикап.(72) Сафин Рафаиль Тлегенович Артюхин Владимир Викторович Шабельников Евгений Алексеевич(56) А. Махлина, Фильтры на переключаемых конденсаторах,журнал Компоненты и технологии, выпуск 6, 2008, стр.10-11(54) УСТРОЙСТВО РОБАСТНОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ В СИСТЕМАХ С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПОЛОСОЙ ПРОПУСКАНИЯ(57) Полезная модель относится к информационноизмерительным устройствам и может быть использовано в системах обработки сигналов с изменяемой полосой пропускания, а именно в последних системах аналогового охранного телевидения. Технический результат, получаемый при использовании предлагаемой полезной модели заключается в существенном повышении помехоустойчивости сигналов в системах с изменяемой полосой пропускания, в частности, в системах аналогового видеонаблюдения с возможностью изменения разрешающей Полезная модель относится к информационноизмерительным устройствам и может быть использована в системах обработки сигналов с изменяемой полосой пропускания, а именно в последних системах аналогового охранного телевидения. Известно устройство обнаружения и оценки частоты радиоимпульсов ( 2267226, 04 7/033, 27.12.2005), использующее робастную оценку несущей частоты радиоимпульса. Структурная схема устройства, использующего робастную оценку включает в себя полосовой усилительограничитель,перестраиваемый робастный полосовой фильтр, синхронизатор, пороговое устройство, систему фазовой автоподстройки частоты, сумматоры, перестраиваемый генератор,фазовый детектор и фильтр нижних частот. К недостаткам известного устройства относятся- происходит только оценка несущей частоты радиоимпульса- работа с фиксированным спектром входного сигнала, что не может быть использовано в системах обработки сигналов с изменяющимся спектром. Известно устройство,которое позволяет обнаруживать и устранять значения импульсного шума при ограниченном объеме априорной информации о статистических характеристиках неискаженного изображения,действующих аддитивных помехах и импульсных шумов. ( 2449355, 06 17/17, 27.04.2012). Структурная схема устройства, реализующего рассмотренный алгоритм, содержит блок хранения результатов измерений, блок установки количества порогов,блок формирования порогов,блоки дискриминаторов, блоки хранения штрафных значений, блок установки интервала обнаружения,блоки обнаружения интервалов нестационарности штрафных значений, блоки обнуления, блок суммирования, блок порога, блок дискриминатора,блок хранения, генератор тактовых импульсов. К недостаткам известного устройства относятся- возможность обработки только оцифрованных сигналов- ограниченный объем априорной информации о статистических характеристиках неискаженного изображения- большие вычислительные затраты, которые потребуют дополнительного программноаппаратного устройства или привлечения дополнительного математического аппарата. Наиболее близким по технической сущности является схема робастного нелинейного фильтра(РНФ), предложенная в статье А. Махлина Фильтры на переключаемых конденсаторах(журнал Компоненты и технологи, выпуск 6,2008 год, стр. 10-11). В ходе проведения патентных изысканий не обнаружено, что данный фильтр был зарегистрирован в патентных базах. В фильтр (РНФ) входят транзисторные ключи (1, 2),работающие в противофазе от генератора тактовой частоты, равной двадцатипятикратному значению частоты среза фильтра, определяющая частоту среза 2(1, 2), нелинейная мкость Сф и операционный усилитель. К недостаткам данного фильтра относятся- относительная узкополосность фильтра с частотой среза, определяемой емкостью фильтра Сф- работа с фиксированным спектром входного сигнала, т.е. с фиксированной полосой пропускания. Задачей, на решение которой направлено настоящая полезная модель, является создание устройства робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания,способное работать в условиях воздействия внутриполосных импульсных помех при возможном изменении ширины спектра входного видеосигнала. Технический результат,получаемый при использовании предлагаемой полезной модели,заключается в существенном повышении помехоустойчивости сигналов в системах с изменяющейся полосой пропускания, в частности, в системах аналогового видеонаблюдения с возможностью изменения разрешающей способности от минимальной до очень высокой, за счет увеличения широкополосности фильтра и в условиях воздействия внутриполосных импульсных помех. Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее робастный фильтр, в состав которого входят транзисторные ключи входы и выходы которых включены последовательно, работающие в противофазе от генератора тактовой частоты, подключенного противофазными выходами к затворам транзисторных ключей, с частотой, равной двадцатипятикратному значению частоты среза фильтра емкость, определяющая частоту среза фильтра и соединенная с последовательно включенными сток-исток транзисторных ключей, и операционный усилитель, вход которого соединен с выходом транзисторного ключа,согласно предлагаемой полезной модели дополнительно введен синтезатор частоты и напряжения, в состав которого входят преобразователь напряжения (ПН),генератор управляемого напряжением (ГУН),импульсно-фазовый детектор (ИФД), фильтр нижних частот с запоминанием уровня (ФНЧ с ЗУ),опорный генератор(АШС) и преобразователь ширина-код (ПШК). Кроме того, для достижения требуемого технического результата вместо нелинейной мкости использован параметрический элемент варикап. Для лучшего понимания сущность предлагаемого изобретения поясняется с привлечением графических материалов, где на фиг.1 приведена блок-схема устройства робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания. Блок схема устройства робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания, поясняющая принцип работы, представлена на фиг.1. Устройство робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания включает,содержащий последовательно соединенные транзисторные ключи 1,2, работающие в противофазе от генератора тактовой частоты,равной двадцатипятикратному значению частоты среза фильтра,выходной усилитель 3,4,параметрическую мкость 5 (НЭ), соединенную с транзисторными ключами 1, 2, определяющую частоту среза фильтра и синтезаторчастоты и напряжения,в состав которого входят преобразователь 6 уровня напряжения (ПН),опорный генератор (ОГ) 7, последовательно соединенный с делителем 8 с фиксированным коэффициентом деления(ДФКД), импульснофазовый детектор (ИФД) 9, ко второму входу которого подключены последовательно соединенные анализатор 12 ширины спектра(АШС), преобразователь 13 ширина-код (ПШК) и делитель 14 с переменным коэффициентом деления(ДПКД). Выход ИФД 9 соединен с входом фильтра 10 низких частот НЧ с запоминанием уровня (ФНЧ с ЗУ), выход которого связан со входами генератора 11 управляемого напряжением(ГУН) и преобразователя 6 уровня напряжения (ПН). Сигнал с выхода ПН 6 поступает на вход параметрической емкости (НЭ) 5 робастного параметрического фильтра . Включение в схему опорного генератора ОГ 7 позволяет стабилизировать частоту генерируемых колебаний. Использование делителя 8 с фиксированным коэффициентом деленияДФКД обеспечивает требуемые условия работы импульсно-фазового детектора ИФД 9. Импульсно-фазовый детектор 9 определяет отклонение частоты и фазы выходного напряжения генератора 11, управляемого напряжением, от требуемого, в зависимости от ширины спектра входного сигнала. Фильтр 10 нижних частот с запоминанием уровня управляет работой генератора 11,управляемого напряжением,и через преобразователь 6 уровня напряжения управляет параметрическим элементом (варикапом) 5. Используемый в качестве мкости араметрический элемент - варикап - 5 формирует частоту среза робастного фильтрав зависимости от подаваемого напряжения с преобразователя 6 уровня напряжения и соответственно от ширины спектра входного сигнала. Генератор 11, управляемый напряжением,формирует выходное напряжение с требуемым уровнем и частотой, которым управляются. Инвертирующие элементы (в схеме не указаны) 1.1, 1.2 формируют импульсы прямоугольной формы для управления ключами 1 и 2. Делитель 14 с переменным коэффициентом деления формирует требуемое напряжение с соответствующей частотой и фазой в зависимости от выходного напряжения генератора 11,управляемого напряжением, и ширины спектра входного сигнала, формируемого преобразователем 13 ширина спектра - код. Анализатор 12 ширины спектра сигнала формирует напряжение, управляющее работой преобразователя 13 ширина спектра - код. Предлагаемое изобретение работает следующим образом. На основной вход импульсно-фазового детектора ИФД 9 поступает сигнал фиксированной частоты от опорного генератора ОГ 7 через делитель 8 с фиксированным коэффициентом деления (ДФКД). На дополнительный вход ИФД 9 поступает сигнал пропорциональный частоте выходного напряжения ГУН 11 и ширине спектра входного сигнала от ДПКД 14. Коэффициент деления ДПКД 14 -зависит от ширины спектра входного сигнала,который определяется анализатором 12 ширины спектра АШС и преобразователем 13 ширина-код ПШК. Сигнал с выхода ГУН 11 с требуемой частотой подается на робастный фильтрРФ через инвертирующие схемы, определяющие открытие и закрытие транзисторов 1 и 2 робастного фильтра (РФ) в противофазе. При этом транзисторные ключи 12, работают в противофазе от генератора тактовой частоты,равной двадцатипятикратному значению частоты среза фильтра, а параметрическая мкость, НЭ 5 определяет частоту среза робастного фильтра . Сравнительный анализ показал, что заявленное изобретение отличается от известных систем подобного назначения рядом преимуществ- возможностью работы с изменяющейся полосой пропускания в зависимости от ширины спектра входного сигнала в условиях воздействия внутриполосных импульсных помех- повышением помехоустойчивости сигнала до 15-20 дБ. Таким образом, использование устройства робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания предлагаемой конструкции исключает возможность проникновения импульсных помех в последующие устройства обработки. Увеличивает соотношение уровня сигнала к уровню шума до 15-20 дБ Позволяет обрабатывать сигналы с изменяющейся шириной спектра, повышая их помехоустойчивость и снижая уровень импульсных помех в системах с изменяющимся спектром сигналов, в том числе и в системах охранного телевидения, что позволяет значительно расширить диапазон использования предлагаемого устройства. 3 Эксперименты показали, что введение в устройства робастной параметрической параметрической емкости (НЭ) 5 и синтезатора частоты и напряжения , позволяет обеспечить возможность работы систем аналогового охранного телевидения с изменяемой полосой пропускания в зависимости от ширины спектра входного сигнала в условиях воздействия внутриполосных импульсных помех, в то время как при отсутствии данных элементов это возможно только для цифровых систем обработки сигналов при значительном усложнении схемы. Реализация предлагаемого устройства робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой пропускания не вызывает затруднений, так как все входящие в него отдельно взятые блоки и узлы общеизвестны, широко описаны в технической литературе и могут быть использованы при выполнении предлагаемого устройства без дополнительной доработки. ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ пропускания, содержащее транзисторные ключи,работающие в противофазе от генератора тактовой частоты, равной двадцатипятикратному значению частоты среза фильтра, определяющая частоту среза фильтра мкость, соединенная с транзисторными ключами и выходной усилитель, отличающееся тем, что дополнительно введен синтезатор частоты и напряжения, в состав которого входят преобразователь уровня напряжения, опорный генератор,последовательно соединенный с делителем с фиксированным коэффициентом деленияи импульсно-фазовый детектор, ко второму входу которого подключены последовательно соединенные анализатор ширины спектра, преобразователь ширина-код и делитель с переменным коэффициентом деления , а выход соединен с входом фильтра низких частот с запоминанием уровня, выход которого связан с входами генератора управляемого напряжением и преобразователя уровня напряжения,выход преобразователь напряжения соединен с входом мкости, в качестве которой использован параметрический элемент - варикап. Устройство робастной параметрической фильтрации в системах с изменяющейся полосой