Адаптивное устройство анализа

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обработки информации для анализа цифровых сигналов. Цель изобретения - повышение быстродействия обработки информации. Адаптивное устройство анализа содержит аналогоцифровой преобразователь 1, цифровой фильтр 3, блок 4 уменьшения разрядности и блок 5 дискретного преобразования числа. Введение блоков 2 и 6 совпадения, блока 7 оценки коэффициентов корреляции, блока 8 аппроксимации , блока 9 вычисления весового вектора и блока 10 распределения импульсов позволяет уменьшить число разрядов представления обрабатываемых данных, что приводит к уменьшению времени анализа входных сигналов. При этом устойчивое оптимальное подавление помехи повьш1ает степень сжатия динамического диапазона входной информации, благодаря чему происходит более полное уменьшение разрядной сетки, а следовательно, сокращается время частотного анализа в блоке 5 дискретного преобразования. В описании приведены примеры реализации блока 9 вычисления весового вектора и блока 8 аппроксимации. 2 з.п. ф-лы, 13 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (s)) 4 G 01 R 23/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (3,",ц

3 (21) 4151125/24-21 (22) 22.11.86 (46) 07.04,88. Бюл. ф 13 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.Я.Плекин и M.M.Ëåäíåâ (53) 621.3 17.757 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1296958, кл, G 01 R 23/16, 1987. и (54) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО АНАЛИЗА (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обработки информации для анализа цифровых сигналов. Цель изобретения — повышение быстродействия обработки информации. Адаптивное устройство анализа содержит аналогоцифровой преобразователь 1, цифровой фильтр 3, блок 4 уменьшения разрядности и блок 5 дискретного преобразо. вания числа. Введение блоков 2 и 6 совпадения, блока 7 оценки коэффициентов корреляции, блока 8 аппроксимации, блока 9 вычисления весового вектора и блока 10 распределения импульсов позволяет уменьшить число разрядов представления обрабатываемых данных, что приводит к уменьшению времени анализа входных сигналов.

При этом устойчивое оптимальное подавление помехи повышает степень сжатия динамического диапазона входной информации, благодаря чему происходит более полное уменьшение разрядной сетки, а следовательно, сокращается время частотного анализа в блоке 5 дискретного преобразования. В описании приведены примеры реализации блока 9 вычисления весового вектора и блока 8 аппроксимации. 2 з.п. ф-лы, 13 ил.

1386938

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может использоваться в системах обработки информа1 ции для анализа цифровых сигналов.

Цель изобретения — повышение быстродействия обработки информации, что достигается путем уменьшения разрядности анализируемых сигналов за счет адаптивного подавления помехи в цифровом фильтре.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — структурная схема блока вычисления весовоro вектора; на фиг.3 - структурная схема блока аппроксимации; на фиг,4,12 — примеры выполнения соответственно функционального преобразователя, блока взятия логарифма, блока вычис:ления компоненты ряда, блока взятия ( экспоненты, цифрового фильтра, блока, оценки коэффициентов корреляции, на( копителя, блока распределения импульсов и блока формирования адреса; на фиг.13 — эпюры напряжения на выходах блока распределения импульсов, поясняющие работу устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные аналого-цифровой пре,образователь 1, вход которого являет- 3Р ся входом устройства, первый блок 2 .совпадения, цифровой фильтр 3, блок

4 уменьшения разрядности и блок 5 дискретного преобразования Фурье, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом блока 4 умень( шения разрядности, а выход является .выходом устройства, второй блок 6

1 совпадения, вход которого соединен с выходом аналого-цифрового преобразо- 10 вателя 1, блок 7 оценки коэффициенТоВ корреляции, вход которого соединен с выходом второго блока 6 совпадения, блок 8 аппроксимации, блок 9 вычисления весового вектора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами цифрового фильтра

3 и блок 10 распределения импульсов, вход которого объединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 1 и соединен с управляющим выходом блока 5 дискретного преобразования Фурье, причем первый выход блока 10 распределения импульсов соединен с управляющим входом первого блока 2 совпадения и тактовыми входами цифрового фильтра 3 и блока 4 уменьшения разрядности, второй выход блока 10 распред пения импульсов соединен с управляющим входом второго блока 6 совпадения и тактовым входом блока 7 оценки коэффициентов корреляции,, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми входами блока 9 вычисления весового вектора и блока 8 аппроксимации и вторым входом блока 8 аппроксимации, выход которого соединен с вторым входом блока 9 вычисления весового вектора °

Блок 9 вычисления весового вектора (фиг.2) содержит регистр 1.1 числа, блок 12 вычитания, второй вход которого соединен с выходом регистра 11 числа, и последовательно соединенные функциональный преобразователь 13, перемножитель 14, второй вход которого соединен с выходом блока 12 вычитания, блок 15 сложения, второй вход которого соединен с входом функционального преобразователя 13 и является входом блока 9 вычисления весового вектора, и инвертор 16, выход которого является вторым выходом блока 9 вычисления весового вектора, первым выходом и вторым входом которого соответственно являются выход блока 15 сложения и первый вход блока

12 вычитания.

Блок 8 аппроксимации (фиг,3) содержит первый и второй блоки 17 и 18 взятия логарифма, регистр 19 числа и последовательно соединенные первый блок 20 деления, первый и второй вхо- ды которого соединены соответственно с выходами первого и второго блоков

17 и 19 взятия логарифма, третий блок

21 взятия логарифма и второй блок 22 деления, второй вход которого соединен с выходом регистра 9 числа, а выход является выходом блока 8 аппроксимации, первым и вторым входами которого соответственно являются входы первого и второго блоков 17 и 18 взятия логарифма.

Функциональный преобразователь 13 (фиг.4) содержит блок 23 взятия логарифма, перемножитель 24, регистр 25 числа. и блок 26 взятия экспоненты.

Блок 17(18) взятия логарифма (фиг ° 5) содержит блок 27 сложения, блок 28 вычитания, регистр 29 числа, блок 30 деления, блок 31 вычисления компоненты ряда и блок 32 суммирования. Блок

31 вычисления компоненты (фиг.6) ряда содержит функциональный блок 33 воз1386938 ведения в степень, перемножитель 34 и регистр 35 числа. Блок 26 взятия экспоненты (фиг.7) содержит блок 36 вычисления компоненты ряда и блок 37

5 суммирования.

Цифровой фильтр 3 (фиг,8) содержит регистры 38 — 40 сдвига, перемножители 41 и 42 и блок 43 суммирования.

Блок 7 оценки коэффициентов корреляции (фиг.9) содержит регистры 44 и

45 сдвига, перемножители 46 и 47, квадратор 48, накопители 49 — 51, блоки 52 и 53 деления. Накопитель

49(50) (фиг.10) содержит многоотводный регистр 54 сдвига, блок 55 суммирования, блок 56 совпадения, счетчик

57, компаратор 58 и регистр 59 числа.

Блок 10 распределения импульсов (фиг. 1 1) COJJepKHT nBpBblH H BTOpoH блоки 60 и 61 формирования адреса и мультиплексор 62. Блок 60(61) формирования адреса (фиг,12) содержит счетчик 63, компаратор 64 и регистр

65 числа. 25

Устройство работает следующим образом.

В когерентно-импульсных станциях радиолокационного обзора пространства решается задача обнаружения сигнала, отраженно о от движущегося объекта, при наличии мощной коррелированной помехи. Эта задача решается системой селекции движущихся полей (СДП). Формирование потока цифровых сигналов в системе СДП происходит следующим образом. Аналоговый видеосигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1 с выхода канала фазового детектирования. Так как ди40 намический диапазон входного сигнала определяется мощностью коррелированной помехи, то разрядность АЦП 1 выбирается в соответствии с соотношением

r=d/6 (1) где r — число двоичных разрядов;

d — динамический диапазон входного сигнала, дБ.

Исходя из формулы (1) разрядность

АЦП 1 обычно выбирается равной 10-12, Поскольку доплеровское смещение частоты отраженного от объекта сигнала значительно превосходит максимальную доплеровскую частоту сигнала помехи, 55 то его можно подавить, используя специальные фильтры подавления помехи.

При этом на выходе фильтра динамический диапазон сигнала будет снижен.

Уменьшение динамического диапазона приводит к тому, что часть старших разрядов цифрового кода будет все время нулевая, и лишь г, младших разрядов будут нести информацию. Таким образом, беэ ухудшения точности обрабатываемых данных появляется воэможность снизить разрядность обрабатываемых цифровых кодов до r, . С этой целью в устройстве имеется блок 4. уменьшения разрядности. При этом число r< определяется соотношением

r, =(d-К„)/6, (2) где K„коэффициент подавления помехи в цифровом фильтре.

Для того, чтобы реализовать потенциальные возможности по сжатию разрядности анализируемых данных, необходимо производить сжатие динамического диапазона входных сигналов в полном объеме, т.е. осуществлять оптимальное подавление помехи, которая характеризуется корреляционной матрицей. Аналоговый видеосигнал преобра-. зовывается в АЦП t в параллельный

r-разрядный код при помощи импульсов дискретизации Т, поступающих с управляемого выхода блока 5 дискретного преобразователя Фурье (ДПФ). В качестве АЦП 1 можно использовать известную схему параллельного преобразования, котору1о можно реализовать с использованием компараторов и кодирующего элемента с приоритетом, После этого цифровые коды поступают на входы первого и второго блоков 2 и 6 совпадения °

Устройство работает в двух режимах: в режиме оценки корреляционных характеристик помехи с последующим вычислением весового вектора фильтра и в режиме уменьшения разрядности обрабатываемых данных с последующим частотным анализом входного процесса.

Для этого блок 10 (фиг.11) распределяет импульсы дискретизации Т следующим образом. Импульсы Т поступают на вход мультиплексора 62. Причем на его адресные шины с выходов блоков

60 и 61 (фиг.12) формирования адреса поступают адресные сигналы в виде параллельного 2-разрядного кода. Алгоритм работы блока 10 задается следующим образом. Сначала через второй блок 6 совпадения в блок 7 оценки должны пройти M отсчетов входного сигнала, по которым производится оценка корреляционных характеристик. За138693 (4) тем в течении времени T =(K — M)T, К >М, в блоке 9 определяются весовые коэффициенты фильтра. После чего входная информация должна поступать в цифровой фильтр 3. Для этого в ре5 гистрах 65 числа блоков 60 и 61 записываются соответственно цифровые входы.М и К.

Счстчики 63 этих блоков производят 10

Подсчет числа поступивших на них импульсов Т, а их выходные коды U1 и

U сравниваются с кодами M и К в компараторах 64. При выполнении условий

U М и U К на выходах блоков 60 и 61 формируются единичные сигналы, которые управляют работой мультиплек-. сора 62. Алгоритм работы блока 62 определяется следующим образом: выдаются импульсы Т (фиг.13о), если U>„> =

800 импульсы не выдаются если U >< = 10; выдаются импульсы Tas (фиг.13 8), сли О„„ =)1, где U „ =U,U — управляющий сигнал блока 62. В соответствии с этим на управляющий вход блока

6 совпадения поступают импульсы Т оценки, в результате чего информация поступает в блок 7 (фиг.8), который производит оценку коэффициентов корреляции входной помехи в соответствии 3 алгоритмом

le м

q; = K U(n) Ufn-iJ/ Q UÐ fnj, (3) где У п) — отсчеты входного сигнала.

Цифровые коды импульсами Т, (фиг.135) передвигаются по регистрам

44 и 45 сдвига. Затем текущее значение сигнала возводится в квадрат в б поке 48, умножается на задержанные отсчеты сигнала в перемножителях 46 и 47 и поступает в накопители 40-51 (фиг.10), осуществляющие операцию суммирования в алгоритме (17). Импульсами Т, поступившие отсчеты пере- 45 двигаются по многоотводному и многоразрядному регистру 54 сдвига, На выходе блока 55 суммирования формируется текущее значение суммы. Одновременно с этим счетчик 57 производит

5О подсчет числа импульсов Т, а его выходной код U сравнивается с цифровым кодом M хранящимся в регистре 59 числа, в компараторе 58. В момент равенства кодов на выходе блока 58 формируется единичный разрешающий сиг55 нал, и накопленные значения поступают в блоки 52 и 53 деления, йа выходах которых устанавливаются цифровые

8 6 и коды оценок Ч,: с1 коэффициентов корреляции.

Блок 8 аппроксимации (фиг.3) выл числяет значение параметра согласл л но алгоритму d =ln (lnq ) /ln q> ) /1п2, В блоках 17 и 18 (фиг.5) вычисляются л л значения ln q u ln q, которые пос; тупают в блок 20 деления, а затем через блок 21 взятия логарифма — в блок 22 деления. В блоке 22 происходит нормировка относительно значения

lп2 цифровой код которого хранится в регистре 19 числа. Для вычисления логарифма используется стандартное разложение этой функции в ряд. Тейлора при х )О х-1 >" + 2

lп х=,> () р=о х+1 2п+1 в соответствии с которым на выходах блока 30 деления формируется значение f =-(х-1) /(х+1), поступающее на входы параллельно включенных блоков 31 вычисления компоненты ряда (фиг, 6) . В блоках 33 возведения в степень значение й. возводится в необходимую сте-, пень, затем умножается на соответствующий весовой коэффициент, хранящийся в регистре 35 числа, и поступает в блок 32 суммирования, на выходе которого формируется значение lп х °

Обычно для достижения требуемой точности используют не более 5 — 6 членов ряда, Блок 9 вычисления весового вектора (фиг,2) no q u л

Ы. определяет весовые коэффициенты цифрового фильтра 3. Для вычислений был синтезирован цифровой фильтр третьего порядка, весовые коэффициенты которого определяются выражением

Ч = Ч =(q,(1)+q

Функцйональный преобразователь 13 (фиг.4) осуществляет операцию вида

Л Z1 где .К вЂ” любое вещественное чис1 У ац, ло. Значение q, можно представить в виде

lп q, =Z, lп q, =)q, =exp(Z ), Z =

В блоке 23 вычисляется lп q который затем умножается в блоке 24 на цифровой код Е,, хранящийся в регистре 25 числа, и поступает в блок 26 взятия экспоненты (фйг.7). Для вычисления е используется стандартное х разложение этой функции в ряд Тейлора

1386938 х е

h=O n.

Блок 15 сложения реализуется на базе

ИМС К155ИМ1, а блок 12 вычитания— на основе полного сумматора К155МИЗ и схемы преобразования прямого кода в дополнительный, использующей инвертор и сумматор. В качестве перемножи- 1р телей используются известные схемы умножения на основе сложения и сдвига.

Таким образом, за время КТ предлагаемое устройство производит оценку корреляционных характеристик входной помехи с последующим устойчивым вычислением оптимального весового вектора помехи. Затем на управляющий вход блока 2 совпадения начинают поступать импульсы обработки (фиг.136) 2р и информация проходит в цифровой фильтр третьего порядка. Инвертор необходим для инвертирования сигнала, поступающего на первый вход блока 43, с целью учета знака "минус" коэффици- 25 ента gý.

С выхода цифрового фильтра 3 информация поступает в блок 4 уменьшения разрядности. Блок 4 производит снижение числа разрядов цифрового ко- о да до значения r и в соответствии

1 с этим формирует и выдает в блок 5

ДПФ управляющий сигнал, по которому в блоке 5 производится перемножение укороченных цифровых слов. В качестве блока 5 используется известная схема частотного анализа.

Таким образом, введение первого и второго блоков совпадения, блока оценки коэффициентов корреляции, бло- 4О ка аппроксимации и блока вычисления весового вектора позволяет уменьшить число разрядов представления обрабатываемых данных, что приводит к уменьшению времени анализа входных сигна- 4

) лов. Указанное преимущество объясняется тем, что за счет устойчивого оптимального подавления помехи повышается степень сжатия динамического диапазона входной информации, в силу чего происходит более полное уменьшение разрядной сетки, а следовательно, сокращается время частотного анализа в блоке ДПФ, Характеристики предлагаемого устройства бьли подтверждены статистическим моделированием на 3ВМ алгоритмов обработки информации методом

Монте-Карло, которое показало более высокую производительность предлагаемого устройства по сравнению с известным. Была проведена сравнительная оценка производительности предложенного и известного устройств в соответствии со следующим алгоритмом

g =(r,/r) (5+r, ) /5+г ) .

При гачссовой аппроксимации спектра помехи и типовых значений коэффициентов междупериодной корреляции выигрыш по производительности составляет

15 — 217..

Формула изобретения

1. Адаптивное устройство анализа, содержащее аналого-цифровой преобра. зователь, вход которого является входом адаптивного устройства анализа, и последовательно соединенные цифровой фильтр, блок уменьшения разрядности и блок дискретного преобразования

Фурье, выход которого является -выходом адаптивного устройства анализа, а управляющий вход соединен с управляющим выходом блока уменьшения разрядности, причем управляющий выход блока дискретного преобразования

Фурье соединен с тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия обработки информации, в него введены два блока совпадения, блок вычисле.ния весового вектора, блок аппроксимации, блок оценки коэффициентов корреляции и блок распределения импульсов, вход которого соединен с управ— ляющим выходом блока дискретного пре-. образования Фурье, первый выход соединен с управляющим входом первого блока совпадения и тактовыми входами цифрового фильтра и блока уменьшения разрядности,а второй выход блока рас-пределения импульсов соединен с управляющим входом второго блока совпадения и тактовым входом блока оценки коэффициентов корреляции, при этом первый блок совпадения включен между выходом аналого-цифрового преобразователя и входом цифрового фильтра, первый и второй управляющие входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока вычисления весового вектора, второй блок совпадения включен между выходом аналого-цифрового преобразователя и входом блока оценки коэффициентов корре138б938 ляции, первый и второй выходь. которого соединены соответственно с объединенными первыми входами блока вычисления весового вектора и блока аппроксимации и вторым входом блока an5 проксимации, выход которого соединен с вторым входом блока вычисления весового вектора.

2. Устройство по п.1, о т л и — 1О а ю щ е е с я тем, что блок вычисления весового вектора содержит ре. гистр числа, блок вычитания, а также последовательно соединенные функциональный преобразователь, перемножитель, блок сложения и инвертор, при этом второй вход блока сложения соединен с входом функционального преобраэователя, трет. и вход соединен с выходом регистра числ» и одновременно с входом блока вычитания, выход которого соединен с вторым входом перемножителя.

3. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок аппроксимации содержит два блока взятия логарифмов, регистр числа и последо— вательно соединенные первый блок деления, третий блок взятия логарифма и второй блок деления, второй вход которого соединен с выходом регистра числа, при этом входы первого блока деления подключены к выходам соответ— ственно первого и второго блоков взятия логарифмов, 1386938

1386938

Puz Q

Составитель А,Орлов

Техред Л.Сердюкова

Корректор О. Кундрик

Редактор В.Данко

Заказ 1493/45

Тираж 772 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4