Адаптивный фильтр

 

АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержа114ий последовательно включенные первый сумматор, первый вход которого является первым входом устрюйства, а второй вход соединен с выходом первого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго перемножителя, последовательно включенные третий сумматор и вторую линию задержки, последовательно включенные четвертый сумматор, первый вход которого объединен с первым входом третьего перемножителя, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а выход с первыми входс1ми первого и второго перемножителей, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), первый, ; второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого, второго и третьего перемножителей, отличающийс я тем, что, с целью повьииения : , эффективности выделения сигналов на фоне помех с неизвестной степенью корреляхдаи и неизвестной допплеровскойфазой , в него введены дополнительные сумматоры, дополнительные перемножители, дополнительные линиизадержки , дополнительный ключ, накопители , квадраторы, блок извлечения квадратного корня, блоки деления и формирователь адреса, при этом первый дополнительный перемножитель и первый дополнительный сумматор включены последовательно между выходом первой линии задержки и вторым входом второго сумматора, выход которрго соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего перемножителя, второй дополнительный перемножитель и второй дополни .тельный сумматор включены последовательно -между выходом второй линии задержки и вторым входом четвертого сумматора, третий дополнительный сумматор, первый вход которого является вторым входом устройства, первая доповнительная линия задержки, третий дополнительный перемножитель, (Л четвертый дополнительный сумматор, пятый дополнительный сумматор, шестой дополнительный сумматор, вторая дополнительная линия задержки, четвертый дополнительный перемножитель, седьмой дополнительный сумматор, восьмой дополнительный сумматор и дополнительный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом бло-. ка управления, включены последова-, N(;i тельно, пятый дополнительный Тперем ND ножитель включен между выходом первой линии задержки, и вторым входом четвертого дополнительного суммато- О) ра, шестЬй дополнительный перемнооо житель включен между выходом первой дополнительной линии задержки и вторым входом первого дополнительного сумматора, седьмой дополнительный перемножитель, включен между выходом второй линии задержки и вторым входом седьмого дополнительного сумматора , восьмой дополнительный перемножитель включен между выходом второй дополнительной линиизадержки и вторым входом второго дополнительного сумматора, между выходом дополнительного ключа и вторым входом третьего доволнительного сумматора

„„90„„1042163 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5Н Н 03 Н 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К ASTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3300379/18-09 (22) 12.06.81 (46) 15. 09. 83. Бюл. )I 34 (72 ) Д. Й . Попов, В. И. Кошелев и С.В. Гуськов (71) Рязанский радиотехнический институт (53) 621.391.81(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 703771, кл. G 01 S 9/42, 1979.

2. Авторское свидетельство .СССР по заявке Р 3285148/09, кл.Н 03 Н 17/04,24.04,81 (прототип) (54)(57) АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержа.щий последовательно включенные первый сумматор, первый вход которого является первым входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго перемножителя, последователЬно включенные. третий сумматор и втоР рую линию задержки, последовательно включенные четвертый сумматор, первый вход которого объединен с первым входом третьего перемножителя, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а выходс первыми входами первого. и второго перемножителей, и постоянное запоМи- нающее устройство (ПЗУ), первый, второй и третий выходы которого сое- динены с вторыми входами соответственно первого, второго и третьего перемножителей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения эффективности выделения сигналоа на фоне помех с неизвестной степенью корреляции и неизвестной допплеровской фазой, в него введены дополнительные сумматоры, дополнительные перемножители, дополнительные линии задержки, дополнительный ключ, накопители, квадраторы, блок извлечения квадратного корня, блоки деления и формирователь адреса, при этом

> первый дополнительный перемножнтель и первый дополнительный сумматор включены последовательно между выходом первой линии задержки и вторым входом второго сумматора, выход которого соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего перемножителя, второй дополнительный перемножитель и второй дополни.тельный сумматор включены последовательно между выходом второй линии задержки и вторым входом четвертого сумматора, третий дополнительный сумматор, первый вход которого является вторым входом устройства, первая дополнительная линия задержки, тре- Я тий дополнительный перемножитель, четвертый дополнительный сумматор, пятый дополнительный сумматор, шестой дополнительный сумматор, вторая С дополнительная линия задержки, четвертый дополнительный перемножитель, Я седьмой дополнительный сумматор, восьмой дополнительный сумматор и дополнительный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом бло-. ка управления, включены последова-. тельно, пятый дополнительный >ерем(ножитель включен между выходом пер- Ю вой линии задержки и вторым входом четвертого дополнительного сумматора, шестой дополнительный перемножитель включен между выходом первой (ф дополнительной линии задержки и вторым входом первого дополнительного сумматора, седьмой дополнительный перемножитель.включен между выходом е второй линии задержки и вторым входом седьмого дополнительного сумматора, восьмой дополнительный перемножитель включен между выходом второй дополнительной линии задержки и вторым входом второго дополнительного сумматора, между выходом дополнительного ключа и вторым входом третьего до8олнительного сумматора

1042163 включен девятый дополнительный перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом ПЗУ, между выходом дополнительнorо ключа и вторым входом пятого дополнительного сумматора включен десятый дополнительный перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом

ПЗУ, .к второму входу шестого дополнительнога сумматора подключен,выход одиннадцатого дополнительного перемножителя, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора и с вторым входом восьмого дополнительного сумматора, а второй вход соединен с третьим выходом ПЗУ, двенадцатый дополнительный перемножитель, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора и вторыМ входом третьего перемножителя, девятый дополнительный сумматор, первый накопитель и первый блок деления включены последовательно, причем выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого, второго, .третьего и четвертого дополнительных перемножителей, тринадцатый дополнительный перемножитель, первый вход кбторого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора, десятый дополнительный сумматор, второй накопитель, второй блок деления включены последовательно, причем выход второго блока деления соединен с вторыми входами пятого, шестого, седьмого и восьмого дополнительных перемножителей, выход четырнадцатого дополнительного перемножителя подключен к второму

Изобретение относится к радио.технике и может быть использовано в радиоприемных устройсзвах когерентной обработки сигналов на фоне коррелированных помех. . 5

Известен рекурсивный фильтр, содержащий синхронизатор, блок управления, первый и второй блоки памяти весовых коэффициентов, первый, второй, третий, четвертый и пятый весовые блоки, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй блоки задержки, а каждый весовой блок состоит из регистра числа и перемножи- 15 теля. Длительность переходных процессов в этом фильтре небольшая, и уже при объеме выборки n ) 5 практически достигается установившийся режим (11. 3 Я входу десятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом третьей дополнительной линии задержки и с первЬ м входом первого сумматора, выход пятнадцатого дополнительного перемножителя подключен к второму входу девятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом четвертой дополнительной линии .задержки и с первым входом третьего дополнительного сумматора, выход первого накопителя через первый квадратор соединен с первым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход второго накопителя через второй квадратор— с вуорым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к вторым входам первого и второго блоков:деления и к первому входу третьего блока деления выход третьей дополнительной линии задержки соединен с вторыми входами двенадцатого и тринадцатого дополнительных перемножителей и через третий квадратор с первым входом двенадцатого дополнительного сумма. тора, выход четвертой дополнительной линии задержки соединен через инвертор с вторыми входами четырнадцатого и пятнадцатого дополнительных пе:ремножителей и через четвертый квадратор с вторым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход которого через последовательно соединенные третий накопитель, .третий блок деления и формирователь адреса подключен к входу ПЗУ.

Однако в условиях нестационарных помех эффективность указанного фильтра достигается недостаточно высокой, а при значительных допплеровских фазовых сдвигах спектра флюктуаций помехи фильтр не эффективен. Кроме того,в процессе установления режима в нерекурсивной его части на выход фильтра поступают нескомпенсированные выборки помехи, повышающие вероятность ложных тревог.

Известен рекурсивный фильтр, .содержащий первый, второй, третий и четвертый сумматоры, первую и вторую линии задержки, первый, второй и третий перамножители, ключ, блок управления и постоянное зайоминающее устройство (ПЗУ) j2 2.

Известный фильтр обладает небольшой длительностью переходного про1042163 цесса, что позволяет уже при объеме выборки Н 5 практически достигать установившегося режима, однако в условиях помех с априорно неизвестными и изменяющимися корреляционными свойствами эффективность данного 5 фильтра оказывается невысокой, а при значительных допплеровских-.фазовых сДвигах спектра флюктуаций помех спектральные составляющие попадают в полосу пропускания фильтра и мас- )p кируют полезные сигналы.

Цель изобретения — повышение эффективности выделения сигналов на фоне помех с неизвестной степенью корреляции и неизвестной допплеровской фазой.

Для достижения цели в адаптивный фильтр, содержащий последовательно включенные первый сумматор, первый вход которого является первым входом 20 устройства, а второй вход соединен. с выходом первого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго перемножителя, 25 последовательно включенные третий сумматор и вторую линию задержки, последовательно включенные четвертый сумматор, .первый вход которого объединен с первым входом третьего ЗО перемножителя, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а выход — с первыми входами первого и второго перемножителей, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), первый, второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого, второго и третьего перемно- . . кителей, введены дополнительные сумматоры, дополнительные перемножители, дойолнительные линии задержки, дополнительный ключ, накопители, квадраторы, блок извлечения квадратного корня, блоки деления и формирователь адреса, при этом первый до- .45 полнительный,перемножнтель и первый дополнительный сумматор включены последовательно между выходом первой линии задержки и вторым входом второго сумматора, выход которого сое g} динен с первым входом третьего сум-. матора, второй вход которого подклю чен к выходу третьего перерножителя второй дополнительный перемнокитель н второй дополнительный сумматор включены последовательно между выхо дом второй линии задеркки и вторым входом четвертого сумматора, третий дополнительный сумматор, первый вхоД которого является вторым входом уст ройства, первая дополнительная линий © задержки, третий дополнительный перемнокитель, четвертый дополнительный сумматор пятый дополнительный сумматор, шестой дополнительный сумматор, вторая дополнительная линия 65 задержки, четвертый дополнительный перемножитель, седьмой дополнительный сумматор, восьмой дополнительный сумматор и дополнительный ключ, уп« равляющий вход которого соединен с выходом блока управления, включены последовательно, пятый дополнительный перемножитель включен между выходом первой линии задержки и вторым входом четвертого дополнительного сумматора, шестой дополнительный перемножитель включен между выходом первой дополнительной линии задержки и вто.рым входом первого дополнительного сумматора, седьмой дополнительный перемножитель, включен между выходом второй линии задержки и вторым входом седьмого дополнительного сумматора, восьмой дополнительный перемножитель включен между выходом второй дополнительной линии задержки и вторым входом второго дополнительного сумматора, между выходом дополнительного ключа и вторым входом третьего дополнительного сумматора включен девятый дополнительный перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом ПЗУ, между выходом дополнительного ключа и вторым входом пятого дополнительного сумматора включен десятый дополнительный перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом ПЗУ, к второму входу шестого дополнительного сумматора подключен выход одиннадцатого дополнительного перемножителя, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора и с вторым входом восьмого дополнительного сумматора, а второй вход соединен с третьим выходом ПЗУ, двенадцатый дополнительный перемнокитель, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора и,вторым входом третьего перем" ножителя, девятый дополнительный сумматор, первый. накопитель и первый блок деления включены последовательно, причем выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого дополнительных перемножителей, тринадцатый дополнительный перемнокитель, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора, десятый дополнительный сумматор, второй накопитель, второй блок деления включены последовательно, причем выход второго блока деления соединен с вторыми входами пятого, шестого, седьмого и восьмого дополнительных перемнокителей, выход четырнадцатого допол кительного перемножителя подключен к второму входу десятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом третьей дополнительной линии задержки и с первым входом первого сумматора, выход пят1042163

При совпадении положения антенного луча с кромкой облака пассивных помех комплексные отсчеты первого и второго Отраженных импульсов поступают на входы адаптивного фильтра. В течение времени =0-2 Тя ключи 41 и 42 разомкнуты, сигнал на выходе фильтра отсутствует, а входные величины записываются в линиях Я надцатого дополнительного перемно жителя подключен к второму входу денятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом четвертой дополнительной линии задержки и с первым входом третьего дополнительного сумматора, выход перного накопителя через первый кнадратор соединен с первым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход второго накопителя через вто- 10 рой квадратор — с вторым входом одиннадцатого. дополнительного сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к вторым входам первого н второго 15 блоков деления и к первому входу третьего -блока деления, выход третьей дополнительной линии задержки соединен с вторыми входами двенад цатого и тринадцатого дополнительных перемножителей и через третий квадратор с первым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход четвертой дополнительной линии задержки соединен через иннертор с .вторыми входами четырнадцатого и пятнадцатого дополнительных перемножителей и через четвертый кнадратор с вторым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход которого через последовательно соединенные третий накопитель, третий блок деления и формирователь адреса подключен ко входу ПЗУ.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого адаптивного . 35 фильтра.

Адаптивный фильтр содержит сумматоры 1 — 4, дополнительные сумматоры 5 — 16, перемножители 17, 18 и

19, дополнительные перемножители

20 — 34, линии 35 у 36 задержки, дополнительные линии 37 — 40 задержки, ключ 4Р дополнительный ключ 42, накопители 43, 44 и 45, квадраторы

46 — 49, блок 50 извлечения квадратного корня, блоки 51 — 53 деления, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 54, формирователь 55 адреса, инвертор 56, блок 57 управления, состоящий иэ опорного генератора 58, делителей 59 и 60 частоты, счетчика

61 импульсов, дешифратора 62, триггера 63, накопитель 43 (44, 45) содер- жит (к-1) элемент задержки и сумматор на 1 входов.

Адаптинный фильтр работает следующим образом.

35 — 37 задержки, Начиная с третьего шага обрабатынаемой пачки, блок

57 управления вырабатывает активный потенциал, замыкающий вход и выход ключей 41 и 42. К этому времени на выходах сумматоров 4 и 12 образуются величины декоррелированных остатков помехи, соответствующие выходной величине нерекурсивного фильтра 2-ro порядка. Поступление скомпенсированной величины н обратные, связи на перемножители 17, 18, 28 и 29 приводит к дополнительной компенсации помехи на последующих шагах выборки.

При дальнейшей обработке поступающей последовательности в образовании сумм величин на выходах сумматоров 4 и 12 участвуют величины, прошедшие предварительную обработку н сумматорах 1 и 7, 2 и 9, 3 и 10, в сумматорах 5 и 8 и перемножителях 20, 22, 24 и 25, в сумматорах 6, 11 и в перемножителях 21, 23, 26 и 27 и навешенные в перемножителях 17 и 28, 18 и 29, 19 и 30.

Одновременно с поступлением н сумматоры 1 и 7, 3 и 10, 4 и 12 комплексные отсчеты отраженной последовательности поступают на линии

39 и 40 эадержкиiперемножителя 31-34 Обычно, ввиду значительного превышения мощности помеху над мощностью сигнала цепи эта последовательность практически представлена только помехой, а ее комплексные проекции равны Ч.„= х. + . = 0 exp(j9 + Ч„ )), где доппле(овский сдвиг фазы помехи .за период повторения. Тогда на выходах блоков 51 и 52 деления опре:деляется оценка комплексной величины е (, а на ныходе блока 53 деления оценка модуля коэффициента междупериодной корреляции р помехи.

При этом на выходах сумматоров

13 и 14 образуются произведения ) 0 ю 1 JJI где операцию комплексного сопряжения задержанных в линиях 39 и 40 задержки величин осуществляет инвертор 56, меняющий знак проекций

2 на противоположный. Комплексные проекции проиэнедений усредняются в стробе по % .элементам дальности в накопителях 43 и 44, а объем обучающей ныборки g выбирается исходя иэ необходимой точности оценки:е> л и р, обеспечивающей требуемую эффективность подавления помех. Блоки

46, 47 и 15 вычисляют квадрат модуля комплексной величины, в блоке 50 вычисляется квадратный корень поступающих на него величин, определяется

fc модуль . 2 у" jr,ïîcëå чего

Р=(1-() на выходах блоков 51 и 52 деления образуется величина .л (К е= х-,е ье е ;-ь,е s,е

1042163

После вычисления квадрата модуля н квадраторах 48 и 49 и сумматора

16 и накопления в накопителе 45 с величин образуется сумма V. е=1! 1

На выходе блока 53 деления вычисляется оценка

М р= E. v., /., ) /.

0=1 3-", j, е=

Таким образом, осуществляется поворот фазы выходных комплексных

Ф величин линий 35 — 38 задержки на угол, равный оценке допплеровской фазы выборки помехи, в результате выборка помехи попадает в зону режекции характеристики. фильтра. Значение оценки у участвует в формиро. вании команды адреса,.вырабатываемой.

-формирователем 55 адреса для управления ПЗУ 54. По этой команде в ПЗУ

54 выбираются те группы из трех предварительно рассчитанных весовых коэффициентов для взвешивания комплексных величин в перемножителях 17 - 19 .и 28 — 30, которые обеспечивают наилучшее выделение сигналов цепей на фоне помех с определенными корреляционными свойствами. Синхронную работу во времени блоков адаптивного фильтра и узлов системы в целом (не показаны) осуществляет блок 57 управления. Другая его функция состоит в том, чтобы сформировать сигнал управления ключами 41 и 42. Опорный генератор 58. вырабатывает непре-. рывную последовательность синхроимпульсов ОЗ2с периодом Т, обеспечи-. вающих считывание информации в линиях задержки 35 — 40, в накопителях 43

45 и ПЗУ 54 на каждом иэ (. элемен.тов разрешения по дальности. На выходе первого делителя 59 частоты образуетдя последовательность импульсов с периодом Тя=ЬТ, определяющим частоту излучения. Во втором делителе 60 частоты происходит понижение частоты до значения 1/Т . На выходах дешифратора 62 в соответствии со значением кода числа импульсов,поступающих на.информационный вход счетчика 61, появляются единичные

5 потенциалы. На третьем. шаге последоватедьности потенциал с первого выхода дешифратора 62 переводит триггер 63 из. нулевого в единичное состояние,, которое остается неизменным до момента времени NT (hl — число импульсов в пачке зондирующего сигнала), когда со второго выхода дещифратора 62 появляется. потенциал, обнуляющий триггер 63. Причем число разрядов M счетчика 61 определяется .значением М

Эффективность предложенного фильтра характеризуется коэффициентом улучшения отношения сигнал/(помеха+

p.=q, „„! ыс" а,а)и" (а„+u)c,, где G, — - N — мерный вектор-столбец коэффициентов импульсной хаРактеРистики фильтРа;

Р,R„-N — мерные корреляционные матрицы сиrнала и помехи соответственно; 4 — мерная единичная матрица; ,„,q, „- отношение, сигнал/(помеха+

3() шум) на выходе фильтра и на входе.

Группы весовых коэффициентов Ь2, Ь„, а (соответственно первый, второй и третий выходы ПЗУ 54) рассчиты35.ваются из условия максимизации коэффициента улучшения в диапазоне одно,значного изменения допплеровской фазы сигнала и записываются по соответствующему адресу матрицы ПЗУ 54.

4р Таким образом, предлагаемый адаптивный фильтр существенно повышает . эффективность выделения сигналов по сравнению с прототипом на фоне помех с неизвестной степенью корреля45 ции и неизвестной допплеровский фа эрй.

1042163

ВНИИПИ Заказ 7146/56 Тираж 936 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4