Корреляционное устройство для обработки сигналов с доплеровским сдвигом частоты

 

Устройство обработки сигналов с доплеровским сдвигом частоты относится к радиотехническим средствам обработки сигналов и может быть использовано в приемных устройствах связных и локационных комплексов. Цель изобретения - уменьшение времени обработки сигналов при неизвестном доплеровском сдвиге частоты. Цель достигается тем, что в устройстве, содержащее два блока умножения, фазовращатель и интегратор, введены третий и четвертый блоки умножения, генератор гармонического сигнала, четыре фильтра нижних частот, инвертор, блок комплексного умножения и блок вычислитель модуля. 3 ил.

Изобретение относится к радиотехническим средствам обработки сигналов и может быть использовано в приемных устройствах связных и локационных комплексов.

В настоящее время при приеме сигналов с неизвестным доплеровским сдвигом частоты для максимизации выходного сигнала устройства обработки принимаемый сигнал, как правило, подвергается последовательной корреляционной обработке с набором эталонов, отличающихся различным доплеровским сдвигом частоты, что увеличивает общее время обработки сигнала.

Известно устройство [1] содержащее два блока умножения, генератор опорного сигнала (ГОС), фазовращатель, четыре квадратора, четыре интегратора, два блока деления и сумматор. Первые входы обоих блоков умножения подключены к входу устройства, первый выход ГОС подключен к второму входу первого блока умножения, второй выход ГОС через фазовращатель к второму входу второго блока умножения. Выход первого блока умножения через последовательно соединенные первый интегратор и квадратор подключается к первому входу первого блока деления, выход которого является первым входом сумматора. Второй вход первого блока деления через последовательно соединенные вторые интегратор и квадратор подключен к выходу первого блока умножения. Выход второго блока умножения через последовательно соединенные третьи интегратор и квадратор соединен с первым входом второго блока деления, выход которого является выходом устройства. Второй вход второго блока деления через последовательно соединенные четвертые интегратор и квадратор подключен к выходу второго блока умножения.

Недостатком устройства является большое общее время обработки сигнала с неизвестным доплеровским сдвигом частоты. Действительно для выделения и обнаружения принимаемого сигнала известной совокупностью признаков необходимо, чтобы ГОС последовательно вырабатывал опорные сигналы, каждый из которых отличается от предыдущего доплеровским сдвигом частоты. Например, если диапазон возможных значений V/c составляет ±10^-6 (где V радиальная скорость источника принимаемого сигнала относительно приемного радиотехнического средства: c скорость распространения сигнала в среде), центральная частота f= 300 МГц, его длительность Т=10 мс, то с учетом разрешающей способности по доплеровской частоте Δf=1/T число требуемых опорных сигналов равно F_д/Δf=6 (F_д= 2fV_max/c диапазон возможного доплеровского сдвига частоты) и, следовательно, в 6 раз увеличивается время обработки принимаемого сигнала с помощью устройства-прототипа по сравнению со случаем, когда влияния эффекта Доплера на сигнал нет (или доплеровский сдвиг частоты априорно известен).

Наиболее близким к изобретению является цифровой коррелятор [2] содержащий фазовращатель, блоки умножения, фильтры нижних частот и генератор гармонического сигнала.

Недостатком его также является достаточно большое время обработки сигналов.

Целью изобретения является уменьшение времени обработки сигналов при неизвестном доплеровском сдвиге частоты.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 возможная функциональная схема блока комплексного умножения; на фиг.3 возможная функциональная схема инвертора.

Устройство (фиг. 1) содержит блоки 1-4 умножения, фазовращатель 5, генератор 6 гармонического сигнала, фильтры 7-10 нижних частот, инвертор 11, блок 12 комплексного умножения, вычислитель 13 модуля и интегратор 14. Блок комплексного умножения (фиг. 2) содержит умножители 15-18, вычитатель 19 и сумматор 20. Инвертор 11 (фиг.3) содержит умножитель 21, на второй вход которого подается сигнал, соответствующий "-1".

Генератор 6 служит для формирования сигнала вида cos(2πf t). Фильтры 7-10 представляют собой известные блоки и обладают верхней частотой среза, определяемой как f_в-f+F_д/2, где f_в верхняя частота спектра Фурье излученного источником сигнала (т.е. верхняя частота выбирается таким образом, чтобы отфильтровать спектр Фурье обрабатываемого сигнала, обладающего доплеровским сдвигом, после его демодуляции в область нижних частот).

Устройство работает следующим образом.

На первый вход устройства поступает обрабатываемый сигнал с неизвестным доплеровским сдвигом частоты W_д= 2πfV/c, который подается на первые входы блоков 1 и 2 умножения, на второй вход блока 1 умножения поступает сигнал cos(2πft) от генератора 6, а на второй вход блока 2 умножения сигнал от генератора 6, сдвинутый фазовращателем 5 на 90^о, т.е. sin(2πft). Выходные сигналы блоков 1 и 2 подвергаются низкочастотной фильтрации в фильтрах 7 и 8. На выходе фильтров сигналы соответствуют действительной и мнимой частям комплексной огибающей обрабатываемого сигнала с неизвестным доплеровским сдвигом частоты. При этом комплексная огибающая обрабатываемого сигнала, поступающая на первый и второй входы блока 12, может быть записана S(t)exp(jW_дt), где S(t)= S_c(t)+jS_s(t) комплексная огибающая исходного (излучаемого) сигнала.

Одновременно с подачей обрабатываемого сигнала на первый вход устройства на его второй вход подается опорный сигнал, представляющий собой копию излученного (исходного) сигнала (т.е. сигнала без доплеровского сдвига частоты). С помощью блоков 3, 4 умножения, фильтров 9, 10, генератора 6 и фазовращателя 5 формируется действительная S_с(t) и мнимая S_s(t) комплексная части огибающей опорного сигнала (при этом блоки 3, 4, 9, 10 функционируют аналогично блокам 1, 2, 7, 8 соответственно). Поскольку инвертор 11 изменяет знак S_s(t) на противоположный, то на третий и четвертый входы блока 12 поступает комплексно сопряженная опорного сигнала S*(t)=S_c(t)-jS_s(t).

Таким образом, выходные сигналы блока 12 соответствуют действительной и мнимой частям комплексного сигнала S(t)exp(jW_дt)˙S*(t).

Вычислитель 13 вычисляет модуль комплексного сигнала с выхода блока 12, и, следовательно, выходной сигнал интегратора 14, являющегося выходом устройства, имеет вид S(t) exp(jw_дt)·S^*(t)dt.

Выходной сигнал интегратора 14 определяется энергией Е обрабатываемого сигнала и не зависит от доплеровского сдвига W_д: d ()dt Таким образом, чтобы обработать (с целью максимизации выходного сигнала устройства обработки) сигнал с неизвестным доплеровским сдвигом W_д с помощью предлагаемого устройства, достаточно на его второй вход подать только один опорный сигнал, идентичный получаемому исходному сигналу (перебор по W_д не нужен). Этим и определяется положительный эффект изобретения.

Формула изобретения

КОРРЕЛЯЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ С ДОПЛЕРОВСКИМ СДВИГОМ ЧАСТОТЫ, содержащее фазовращатель, четыре блока умножения, два фильтра нижних частот и генератор гармонического сигнала, выход которого соединен с первым входом первого блока умножения и через фазовращатель с первым входом второго блока умножения, первый информационный вход устройства соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выходы которых подключены соответственно к входам одноименных фильтров нижних частот, отличающееся тем, что в него введены два фильтра нижних частот, инвертор, блок комплексного умножения, вычислитель модуля и интегратор, вход которого соединен с выходом вычислителя модуля, а выход является выходом устройства, второй информационный вход которого подключен к первым входам третьего и четвертого блоков умножения, выход генератора гармонического сигнала соединен с вторым входом третьего блока умножения и через фазовращатель с вторым входом четвертого блока умножения, выходы третьего и четвертого блоков умножения подключены к входам одноименных фильтров нижних частот, выходы первого, второго и третьего фильтров нижних частот непосредственно, а выход четвертого фильтра нижних частот через инвертор соединены с входами блока комплексного умножения, выходы реальной и мнимой составляющих которого подключены соответственно к входам вычислителя модуля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3