Согласованный фильтр

 

Изобретение относится к области радиотехники, радиоэлектроники и предназначено для использования в устройствахобработки сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет переноса спектра выходного сигнала на промежуточную частоту и повышение точности фильтрации. Согласованный фильтр содержит анализатор 1 спектра, блок 2 памяти, генератор 3 элементарных откликов, блок 4 взвешивания и сумматор 5. Поставленная цель достигается за счет введения анализатора 1 спектра и соответствующего выполнения блоков 1, 2 и 3. 3 3. п^ ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 03 Н 15/02, 17/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4616589/09 (22) 06.12.89 (46) 30;01.92. Бюл. М 4. (72) Ю.В. Чепруков и:M.À. Соколов (53) 621,396;6 (088.8) (56) Лихарев В.А. Цифровые методы.и уст.ройства в радиолокации-. М.: Coe. радио, 1973, с. 181, рис, 2.36. . (54) СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к области ради-отехники, радиоэлектроники и предназначено для использования в устройствах

„, ЯХÄÄ 1709498 А1 обработки сигналов, Цель изобретения— расширение функциональных возможностей эа счет переноса спектра выходного сигнала на промежуточную частоту и повышение точности фильтрации. Согласованный фильтр содержит анализатор 1 спектра, блок 2 памяти, генератор 3 элементарных откликов, блок 4 взвешивания и сумматор 5.

Поставленная цель достигается за счет. введения анализатора 1 спектра и соответствующего выполнения блоков 1, 2 и 3. 3 з. и, ф-лы, 6 ил, 1709498

Изобретение относится к радиотехни.ке, радиоэлектронике и предназначено для использования в устройствах обработки сигналов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет переноса . спектра выходного сигнала на промежуточ ную частоту и повышения точности фильтрации. йа фиг. 1 представлена блок-схема согласованного фильтра;,на фиг, 2 — 4 — варианты выполнения анализатора спектра, блока памяти и генератора элементарных откликов; на фиг. 5, 6- временные диаграммы, поясняющие рабЬту согласованного фильтра при обработке радиоимпульсов и трехимпульсных кодов Баркера.

Согласованный фильтр содержит анализатор 1 спектра. блок 2 памяти, генератор

3 элементарных откликов, блок 4 взвешивания и сумматор 5.

Анализатор 1 спектра содержит генератор 6 сигналов, блок 7 управления, первый фазовый детектор.8, интеграторы 9, перемножители 10, фазовращатель 11 и второй фазовый детектор. 12. . Блок 2 памяти содержит блок 13 управления, группы 14, 15 элементов памяти, содержащие переключатели 16.и элементы 17 хранения.

Генератор 3 элементарных откликов содержит мНогоотводные линии 18 задержки на поверхностных акустических волнах и блок 19 управления.

Рассмотрим принцип работы узлов согласованного фильтра.

Анализатор 1 спектра осуществляет анализ входного сигнала на последователь. ных интервалах анализа р.Т, р = 1, 2..., . длйтельностью Т (фиг. 5а, ба), По результатам анализа (после окончания каждого р-го интервала анализа) определяются косинусные Сс.р и синусные C>, p спектральные коэффициенты в выбранном базисе <р, (t) и

На каждом р-м интервале осуществляется интегрирование произведения входного сигнала на выбранные базисные функции. По окончании. интервала анализа происходит считывание значений Сс,р и Cs,p подачей в конце интервала анализа на второй вход перемножителей 10 ечитывающих импульсов единичной амплитуды. Амплитуда импульсов на выходах перемножителей

10 пропорциональна выходным сигналам . интеграторов 9 и соответствует значениям спектральных коэффициентов Сс,р и Cs,p

I на р-м интервале анализа в выбранном базисе.

Оо сигналам с второго выхода блока.7 управления происходит обнуление интегра-:

5 торов 9 и их начальная установка перед следующим интервалом анализа и вычисления, спектральных коэффициентов.

На фиг. 3 показан блок 2 памяти, вйполненный в виде переключаемых. схем выбор10 ки и хранения.

На выходах 1; И! блока 13 управления формируются сигналы управления переклю.чателями t6 для записи спектральных коэф= фициентов в синусные 14 и косинусные 15

15 группы элементов памяти. На выходах tl, IV . блока 13 управления формируются сигналы начальной установки элементов 17 хранения.

По сигналам управления с выходов },!I

20 блока 13 .управления переключатель 16 устанавливается в одно из возможных состояний и пропускает спектральные коэффициенты Св,р в выбранный элемент 17 хранения. Через время Т следующие значе25 ния Сз,р пропускаются, через переключа-.. тель 16 в другой элемент 17 хранения..

Таким образом, с периодом, равным Т; в элементы 17 хранения блока 2 памяти записываются значения спектральных коэффи30 циентов (фиг. 5в, 6в), которые хранятся в течение интервалов времени не менее Т +

Т (Тс — длительность входного сигнала).

После окончания этих интервалов хра35 нения по сигналам с выхода II, IV блока 13 управления на соответствующие элементы

17 хранения подаются сигналы начальной установки (разряд накапливающей емкости

Сн). Это позволяет осуществлять повторную

40 запись в эти элементы следующих значений спектральных коэффициентов, Генератор 3 элементарных откликов показан на фиг. 4. Он выполнен в аиде многоотводной линии 18 задержки на по45 верхностных акустических волнах (ПАВ) и блока 19 управления, формирует запускающие импульсы с периодом Тс+ Т.

Многократная линия 18 задержки состоит из встречно-штыревых преобразова50 телей ПАВ, нанесенных методами, фотолитографии на поверхность пьезоэлектрического. звукопровода. Функции аподизации (зависимость степени перекрытия штырей от их положения в преобразовате55 ле) соответствуют преобразованному на выбранную частоту отклику согласованного. фильтра на базисные функции, по которым в анализаторе 1 спектра вычисляется спектр входного сигнала, 1709498

Преобразованные на выбранную час. тоту отклики согласованного фильтра.на базисные функции соответствуют преобразованным на выбранйую частоту сигналам интегральной свертки импульсного отклика согласованного фильтра и базисных функций ус (); уЪ (t), по которым в анализаторе

1 спектра вычисляется спектр входного сигнала. На фиг. 4 косинусные и синусные функции аподизации обозначены eI:,0 (х) и

%,о(х).

Отводы многоотводной линии 18 задержки генератора 3 элементарных откликов расположены на расстоянии х = ч.Т друг от друга, где ч — скорость распространения

ПАВ, Т вЂ”. длительность интервала анализа (фиг, 4а, ба). Число отводов равно — + 1, Тс

Т

По сигналам с блока 19 управления на вйходах 1, И многоотводной линии 18 задержки, соответствующих выходам I, Н генератора 3 элементарных откликов, формируются -задержанные на Т преобразованные на выбранную частоту а а отклики согласованного фильтра на базисные функции р (t) и ф„"(t) (фиг. 5 г- е,.6 r-е)

Ф,у (а (t — I T}) и Ф,.i (e, ° (t - IT))

I.=1,2, ..., =с+1.

Тс

Генератор элементарных откликов может быть выполнен в виде постоянного запоминающего устройства, в котором записаны значения откликов 44 (с), 4,i (t) для разных входных сигналов Яг(1); j = 1, 2, ..., R. Это позволяет программировать обработку согласованного фильтра и адаптироваться к.виду любого сигнала из множества

R сигналов.

Известно, что для реализации алгоритма согласованной фильтрации необходимо провести разбиение. времени наблюдения на интервалы анализа длительностью Т и на каждом из них найти значения спектральных коэффициентов входного сигнала в выбранном базисе. Выходной сигнал согласовайного фильтра может быть получен в виде суммы произведений значений, полученных спектральных коэффициентов на этом интервале на элементарные отклики согласованного фильтра на базисные фуйкции этого интервала. При преобразовании таких элементарных откликов. на выбранную частоту выходной сигнал согласованного фильтра -также формируется на этой

° частоте.

Использование указанного способа согласованной фильтрации для повышения точности фильтрации позволяет на каждом интервале анализа представить, входной сигнал S(t) = U.sIï(2 аот + ф или его часть ..-. длительностью At, расположенную на этом интервале анализа, в гармоническом базисе

pс(с), Ъ (t) двумя коэффициентами

S(t) = Сс,р соз2 во t+ С,рз! п2 ао, (р-г) Т< <р Т, гдеCc,p=U р sin,ô; С.p=U.pcosg;

10 р=г 2.--: :Р= — T

ht.

Сс,р и Cs,p — косинусные и синусные спектральные коэффициенты входного сиг"5 нала S(t) на одном из р-х интервалов анализа, на котором определен этот сигнал; ф — фаза сигнала на каждом интервале анализа;

P — индекс заполнения р-го интервала

20 анализа;

Такое представление может быть наиболее точным, если входной сигнал полностью расположен на целом числе интервалов (P = 1, р = 1, 2, ..., (фйг. 5а, 25 второй импульс) и таким образом с точностью до знака совпадает с одной из базисных функций на этих интервалах. В этом случае выходной сигнал согласованного фильтра абсолютно точно соответствует ав

30 токорреляционной функции входного сигна, ла. Если положение сигнала такое, что он занимает часть интервалов анализа (фиг. 5а, первый импульс.ба), то представление сигнала только двумя спектральными коэффи35 циентами может быть точным, но исключая, быть может, лишь крайние интервалы анализа, частично занятые сигналом, где

P (1. Ка крайних интервалах представление сигнала двумя спектральными коэффи40 циентами возможно лишь с некоторой ошибкой, определяемой отношением длительности интервала анализа Т к длительности всего сигнала Тс. Она тем меньше, чем больше отношение Тс(Т. Задавая уровень

45 допустимых потерь, можно определить длительность интервала анализа; Так, для радиоимпульсов при использовании двух указанных базисных функций при Тс(Т = 2,3 энергетические потери равны (-1,25) и (-0,79)

50 дБ соответственно.

Указанная ошибка представления может быть сколь угодно малой и при малых отношениях Тс/Т, если при анализе исполь- зовать большое число функций,, т. е. p<, (t)

cos k со,с; y„(t)=sink в,т; 1=1,2,3...

Известно множество систем функций. со-. . ставляющих базисы, по которым может проводиться анализ. входного сигнала анализатором 1 спектра. В этом случае re1709498 нератор элементарных откликов должен формировать сигналы, соответствующие отклику согласованного с этим сигналом фильтра на функции этого базиса.

Отклики Ф,р (в, t),Ô),p (аъ с,) согласованного фильтра на базисные функций, формируемые генератором элементарных откликов 3, равны преобразованному на выбранную частоту о 8 сигналу интегральной свертки импульсного отклика согласованного фильтра h(t) = з(ТС - t) и базисных функций, по которым в анализаторе спектра

1 вычисляется спектр входного сигнала

C4,ð (t) = с

h (t ) +ðñ (t — r) dr,0 t Тс о т, f h (с ) у,, р (t — г) d t;,Tc t 2 Тс тс t

Выходной сигнал согласованного фильтра равен

Sb (t) =) jCc,р CL,р(Шв (t p T)) + р=1

+ càp Фь,р (в (r Р т) ))

N =+1

Тс

Т

Так как выходной сигнал согласованного фильтра представляется конечной суммой произведений значений Сс,p, Cs,p u элементарных откликов %,p (t), Ф,p (t), то отклик согласованного фильтра на входной сигнал заявляемого фильтра может быть получен на любой выбранной заранее частоте и на которой формируются сигналы элементарных откликов. В таком случае выходной сигнал принимается согласованным фильтром на одной (несущей) частоте (фиг.

5а, ба), а выходной сигнал формируется на выбранной произвольной частоте (фиг. 5ж, бз). Если в качестве такой частоты выбрана нулевая частота, то генератор 3 элементарных откликов формирует огибающие сигналов Ф,р (t), %,p (t), а выходной сигнал согласованного фильтра будет соответствовать огибающей автокорреляционной функции входного сигнала. В этом случае работа устройства эквивалентна согласованно(. фильтрации сигнала с.его детектированием.

Устройство работает следующим образом.

На каждом интервале анализа анализа-, тор 1 спектра вычисляет спектральные коэффициенты в выбранном базиса функций, так что по окончании каждого интервала р .

Т(р=1,2, ...) на его выходах I, ll формируются значения Сс,р и Cs,p в выбранном базисе у,(t) = cos2 t; уъ (t) = з!п2 в,с (фиг. 5в, бв).

При отсутствии полезного сигнала спектральные коэффициенты равны нулю.

10 Вычисленные значения спектральных ! коэффициентов с выходов I, II анализатора

1 спектра заносятся в блок 2 памяти, где хранятся в течение интервала времени не менее Тс + Т. В течение этого. времени на

15 выходах I, II блока 2 памяти формируются постоянные напряжения, пропорциональные значениям Cs,p, Cc,p соответственнодля каждого р-го интервала анализа.

По окончании времени хранения значе20 ний спектральных. коэффициентов блок 2 памяти очищается в той же последовательности, в какой производилась запись. По мере очищения в него также последовательно записываются значения спектральных

25 коэффициентов, соответствующих следующим интервалам анализа.

Например, значения СС,1, Сз,1(фиг, 5в) хранятся в течение времени (T, 4 Т), значения С z, Cs,2 — на интервале(2 Т,5 Т) ит.

30 д, После окончания-этих интервалов сигналами начальной установки соответствующие элементы памяти, где хранились эти коэффициенты, последовательно очищаются и туда зайосятся новые значения спек-.

35 тральных коэффициентов соответствующих интервалов анализа (фиг. 5, бв).

Сигналы с выходов I, П блока 2 памяти, соответствующие значениям Cs,p, Cc,p, подаются на вход 1 блока 4 взвешивания, на

40 вход И которого подаются преобразованные.на выбранную частоту элементарные отклики %,p (t), %,р (t) согласованного фильтра на базисные функции, формируемые на выходах!, П генератора 3 элементар45 ных откликов. На фиг. 5 г-е, бг-ж показаны сигналы с выходов генератора 3 элементарных откл иков.

После перемножения в блоке взвешивания спектральны1с коэффициентов и элемен50 тарных откликов эти сигналы объединяются в сумматоре 5 и подаются на выход согласованного фильтра (фиг. 5э, бз).

Выходйой сигнал согласбванного фильтра равен

55 яд.

Sb(t)= g (Сс,р Фс,р(Ne (t — p Т))+ р1

Св.р ФЬ,р (вв (t — р Т))), \

1709498

ОдХ дхО

ХОдХ

Р. где р1 = 1, р2 = 3 для первого радиоимпульса и р1 = 7, р2 = 8 для второго радиоимпульса (фиг.

5); р1 = 2, р2 =.5 для кода Баркера (фиг. 6). . Входной сигнал принимается согласованным фильтром на несущей частоте 5

2 а, (фиг. 5а, 6а), а выходной сигнал формируется на выбранной (выходной) частоте вь = шо = — (фиг. 5ж, 6з).

2z

Формула изобретения 10

1. Согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные блок памяти, блок взвешивания и сумматор, выход которого является выходом согласованного фильтра, а также генератор элементарных 15 откликов, выходы которого соединены с группой вторых входов блока взвешивания, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет переноса спектра выходного 20 сигнала на промежуточную частоту и повы- .

; шения точности фильтрации, введен анализатор спектра, вход которого является входом согласованного фильтра, а первый и, второй выходы анализатора спектра соедй- 25 нены с первым и вторым входами. блока па мяти.

2. Фильтр по и. 1, о т л и ч à ю шийся тем, что анализатор спектра содержит последовательно соединенные первые фазо- 30 вый детектор, интегратор и перемножитель, выход которого является .первым выходом анализатора спектра, последовательно соединенные вторые. фазовый детектор, интегратор и перемножитель, выход которого является вторым . выходом анализатора спектра, последовательно соединенные генератор сигналов и блок управления, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго перемножителей и вторыми входами первого и второго интеграторов соответственно, а также фазовращатель, вход которого соеди-, нен с вторым выходом генератора сигналов и первым входом первого фазового детектора, а выход фазовращателя соединен с первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора и является входом анализатора спектра, 3. Фильтр поп.1, отл ича ю щийся тем, что блок памяти содержит блок управ-. ления И ф групп по N элементов памяти в каждой группе, где ф= 2, N « 2, причем входы элементов памяти каждой группы обьединены и являются входами блока памяти, выходами которого являются выходы элементов памяти групп, управляющие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления.

4. Фильтр по и. 1; отличающийся тем, что генератор элементарных откликов содержит блок. управления и расположенные в непересекающихся акустических ка-, налах ф многоотводных линий задержки на поверхностных акустических волнах, входы которых соединены с выходом. блока управления.

1709498

1709498

1709498

/ /

-д 0,/

c,Е

Фс,! Фс,ю Ф 7 айаг. б

Редактор M.Циткина

Заказ 435 Тираж Лодписное

ВКИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород. ул.Гагарина, 101

Ж

О с,2 ф

Составитель C.Móçû÷óê

Техред М.Моргентал Корректор Л.Бескид,