Новые методы борьбы с узкополосными помехами в обработке сигналов
Краткое резюме
Для подавления узкополосных помех используют узкополосный режекторный фильтр для стационарных помех и адаптивные методы фильтрации для нестационарных. Среди таких методов — применение адаптивной антенной решётки и спектральная фильтрация.
В процессе обработки широкополосных сигналов нередко появляется необходимость нейтрализации узкополосных помех. Уровень сложности этой задачи определяется тем, насколько хорошо известна информация о наличии помехи, её основной частоте и степени её изменчивости.
Если помеха стационарна, то есть её частота известна заранее и источник помехи остаётся неподвижным, для её подавления можно использовать узкополосный режекторный фильтр. Однако для борьбы с нестационарными помехами требуются более сложные адаптивные методы фильтрации.
Среди таких методов — применение адаптивной антенной решётки. В этом случае помехи подавляются путём формирования провалов (нулей) в диаграмме направленности цифровой антенной решётки. Основная задача при этом — расчёт вектора весовых коэффициентов, которые изменяют диаграмму направленности антенной решётки.
Другой способ подавления узкополосных помех с неизвестными заранее частотой и мощностью — поиск пиков в спектре сигнала. При этом все отсчёты, превышающие среднюю амплитуду спектра, заменяются на среднее значение спектра.
Для повышения эффективности подавления нестационарной узкополосной помехи с изменяющейся частотой часто применяется спектральная фильтрация. Методы, основанные на цифровой режекции помехи в частотной области, заключаются в удалении области помехи из спектра сигнала. Это позволяет ограничить эффект растекания спектра, который возникает, когда частота сигнала $f_S$ не кратна частоте $f_d / N$, где $f_d$ — частота дискретизации сигнала, а $N$ — размерность дискретного преобразования Фурье.
При цифровом моделировании это условие удобнее формулировать так: если длительность обрабатываемого сигнала (ширина окна анализа при вычислении дискретного преобразования Фурье) не кратна периоду помехи, спектр гармонического сигнала будет представлять не одну линию, а занимать некоторую область частот. На рисунке 1 показан пример узкополосной помехи и её спектра при длительности окна анализа, некратной числу периодов помехи (3,5 периода помехи).