Введение.
Существующие методы подавления шумов.

Шумопонижение (подавление шума)— процесс устранения шумов из полезного сигнала с целью повышения его качества (увеличение отношения сигнал/шум).

Системы шумоподавления играют важную роль на протяжении всей истории человечества. Одной из важнейших тенденций развития является применение быстро развивающихся цифровых технологий в системах сигнальной обработки. Они реализованы на основе универсальных программируемых процессорных элементов.

Существует большое количество алгоритмов (методов)подавление шума (увеличения отношения сигнал/шум). Они различаются вычислительной сложностью, особенностями поведения, используемыми исходными данными и структурами самих адаптирующихся систем. К основным относятся, например:

• методы согласованной фильтрации;
• рекурсивные алгоритмы;
• корреляционные методы.

Их применение в радиотехнических системах и системах связи позволяет увеличить отношения сигнал/шум. Однако эти алгоритмы не могут выделить сигнал, если уровень шума больше уровня сигнала. Тогда они не эффективны. Так же можно отметить, что для всех систем подавления широкополосного шума особенно актуален неизбежный компромисс между глубиной подавления шума и деградацией (искажением) полезного сигнала.

В разработку теории и практики обработки сигналов и построения новых вычислительных систем существенный вклад внесли и российские ученые, например: В.А.Котельников, Ю.В.Гуляев, С.А.Лебедев, В.С.Бурцев, А.Я.Хетагуров, Л.Н.Преснухин, А.И.Галушкин.

Наша технология

Компания РАДИО ВИЖН разработала и запатентовала совершенно новый радар малой дальности на основе фазированных антенных решеток, в котором применила новый метод(real-time алгоритмы) «убийства» шума для DSP. А именно, алгоритмы выделения сигнала из шума, даже если шум превышает сигнал в сотни раз.

Модуль решает следующую систему уравнений:

$$U_{s}(t) + U_{n}(t) \rightarrow \left\{\begin{matrix} \int_{-\infty}^{+\infty }(U_{n}(t))dt = 0 \; (1)\\\\ \int_{-\infty}^{+\infty }(U_{s}(t) + U_{n}(t))dt = U_{s}(t) \; (2) \end{matrix}\right. \rightarrow U_{s}(t)$$

где $U_{n}(t)$ - шум, $U_{s}(t)$ – сигнал.

На вход модуля поступает сигнал и шум $U_{s}(t) + U_{n}(t)$.

На основании уравнения $(1)$ в системе шум будет равен нулю. Не зависимо от величины его амплитуды.

На основании уравнения $(2)$ в системе из входного сигнала с шумом выделится только полезный сигнал.

Алгоритмы основаны на существенном (скачкообразном) развитии теории согласованной фильтрации и корреляционных методов. Это следующий качественный уровень развития на основе нейронных сетей. Reference - design РАДИО ВИЖН использует метод самоорганизующихся Карт Кохоннена с различными типами обучения: классификацией нейронов без обучения, обучение методом выпуклой комбинации, конкурентное обучение со случайной инициализацией весов и конкурентное обучение со множеством победителей.

Известна формула для расчета дальности радиосвязи (основное уравнение радиолокации). Она применяется для расчета всех существующих радиосетей (радиолокаторов). На основании этой формулы можно определить выигрыш (V) при применении метода шумоподавления РАДИО ВИЖН в радиоканалах по сравнению с существующими каналами. Сократив в этой формуле одинаковые параметры, получим отношение коэффициентов сигнал/шум:

$$V = \frac{D_{new}}{D} = \frac{\sqrt[4]{\frac{1}{K_{new}}}}{\sqrt[4]{\frac{1}{K}}} = \frac{\sqrt[4]{100}}{\sqrt[4]{1}} = \frac{3.16}{0.56} = 5.64\; ,$$

где: $V$ - выигрыш от применния нашего модуля подавления шума;

$D_{new}$ – максимальная дальность радиосвязи новых радио каналов при коэффициенте сигнал/шум $K_{new} = 1/100 $ (сигнал в сто раз меньше шума);

Таким образом, применяя метод шумоподавления РАДИО ВИЖН можно увеличить в 5.64 раза дальность радиосвязи, не увеличивая мощности передатчиков. Применение же искусственной нейронной сети в задаче обработки сигнала позволяет достичь точности, определенной на стадии обучения сети. Алгоритмы Reference - design легко адаптируются к произвольным (случайным) параметрам сигналов. Возможности метода ограничены производительностью мульти ядерной структуры (процессора) Reference - design, реализующего алгоритм работы нейронной сети. Они могут быть улучшены в десятки и сотни раз.

Применение технологии и рынки

Все радиоприемные устройства восприимчивы к шуму из-за принципа своей работы. Шум существенно ограничивает параметры: дальность связи, разборчивость, качество каналов и др. Применив наши алгоритмы можно в несколько раз увеличить эти параметры и расширить области применения различных радиоэлектронных приборов и устройств. В том числе, радиостанций. Например:

• для мобильных систем связи, в том числе сотовых. Позволит значительно сократить количество базовых станций. Так как одна станция сможет увеличить зону покрытия в десятки раз.
• увеличение дальности существующей радио связи в десятки раз. В том числе для авиа и космической связи. Без увеличения мощности передатчиков;
• новые принципы создания каналов передачи данных, которые невозможно подавить существующими способами;
• переход медицинской техники (например, томографы) на новый уровень качества измерений сигналов, что позволит создавать новые приборы и системы;
• новый этап в развитии алгоритмов управления робототехники и автонавигации.
• новый тип радиолокаторов с меньшей мощностью передачи (в десятки раз).
• новые приборы навигации, которые принимают сигналы от спутников там, где раньше этот прием был не возможен. Например - внутри помещения.

Предложение о сотрудничестве

РАДИО ВИЖН приглашает к сотрудничеству все заинтересованные организации, занимающиеся производством оборудования для связи и передачи данных.

Возможные формы сотрудничества:

• Продажа лицензии на использование патента на изобретение;
• Совместное с инвестором патентование нового технического решения или его продажа инвестору;
• Организация совместного производства продукции по патенту РАДИО ВИЖН;
• Получение финансирования для производства продукции по патенту с целью совместной реализации;
• Выполнение заказных НИОКР с целью адаптации reference-design РАДИО ВИЖН к использованию в изделиях Заказчика
• Организация совместных предприятий для производства продукции по патенту РАДИО ВИЖН.
• Иные формы сотрудничества.