Цифровой многоканальный коррелятор периодических фазоманипулированных сигналов

 

с.

Ъе ° е % +

Ь 734716

Союз Советскмк

Социалистических

Республмк

СПИ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 17.02.78 (2I ) 2580716/18-24 (5))М. Кл.

5 06 F 15/34 с присоединением заявки Ж

Госудврстввнный комитет (23) П риоритет но донам изобретений н открытий

Опубликовано 15.05.80. Бюллетень М 18

3,ата опубликования описания 18.05.80 (53) УДК,681.323 (088.8) С. Н. Вритин, В. П. Ипатов, 10. А. Коломенский и В. И. Корниевский (72) Авторы изобретения (7I) Заявитель

Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина) (54) ЦИФРОВОЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ КОРРЕЛЯТОР

ПЕРИОДИЧЕСКИХ ФАХ)МАНИПУЛИРОВАННЫХ

СИГНА ЛОВ

Изобретение относится к технике обработки периодических фазоманипулированных (ПФМ) сигналов и может быть использовано в радиолокации и радионавига пни.

В многолучевых радиоканалах, использую ;их для измерения временных интер-валов ПФМ сигналы, разделение сигналов различных лучей, отличаюшихся запаздываниями и амплитудами, осушествля1О ется с помошью сжатия сигналов линейными устройствами (фильтрами или корреляторами). В обшем случае сжатый сигнал .состоит из одного основного лепестка и малых по амплитуде боковых лепестков.

В многоканальном корреляторе основной лепесток — это выходная величина одного из каналов, в котором опорный сигнал по временному сдвигу совпадает с входным сигналом, а боковые лепестки — это выходные величины остальных каналов коррелятора. Для полного разделения сигналов разных лучей в неограниченном дина мическом диапазоне требуется погное по2

1давление боковых лепестков. Для этого используют так называемую весовую об. ! работку. При этом на перемножители многоканального коррелятора подают опорные сигналы, отличаюшиеся по форме от обрабатываемого сигнала, и подбирают их так, чтобы получить нулевой уровень боковых лепестков. Структурная схема многоканального коррелятора при переходе от согласованной к весовой обработке никак не изменяется.

Известен мно1 оканальный коррелятор, содержаший в каждом канале блок умножения, блок усреднений, генератор эталонного сигнала и блок задержки 1).

В этом корреляторе реализация цифровых блоков умножения сложна, а быстродействие недостаточно.

Известен алгоритм получения опорных сигналов, приводяший к полному подавлению боковых лепестков ПФМ сигналов. (2).

Наиболее просто генерируются и обрабатываются ПФМ сигналы без амплитудной модуляпии с двумя значениями

6 4 дом такте точечная выборка, взятая из обрабатываемого ПФМ сигнала, преобразуется АЦП в многоразрядное число, которое умножается в каждом перемножителе на число с или, поступаюшее в данном такте на второй вход каждого перемножителя. Результаты перемножений в каждом такте суммируются в накапливаюших сумматорах соответствуюших каналов. Таким образом накапливаюшие сумматоры играют роль цифровых интеграторов многоканального коррелятора. Если при обработке ПФМ сигнала с одноуровневой ПАКФ числа с .и выбраны в соответствии с известной теорий, то уровень боковых лепестков будет нулевым.

Недостатками описанного цифрового многоканального коррелятора являются низкое быстродействие и большой объем о борудова н ия.

Цель изобретения — повышение быстродействия и уменьшение объема оборудования многоканального цифрового коррелятора.

Поставленная цель достигается тем, что в коррелятор введены последовательно соединенные дополнительный накапливаюший сумматор, дополнительный блок умножения и в каждом канале переключатель, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствуюшего блока умножения, а второй — с выходом дополнительного блока умножения, выход каждого переключателя подключен ко входу накапливаюшего сумматора своего канала, причем вход дополнительного накапливающего сумматора подключен к выходу аналогоцифрового преобразователя, а вторые входы блоков умножения соединены с соответствуюшими выходами регистра сдвига. При таком построении схемы операции умножения производимые B блоках умно жения в каждом такте требуют значительно меньшего времени, чем в известном корреляторе, так как числа с выхода АЦП в предлагаемом корреляторе в каждом такте умножаются на +1 или -1, что практически не требует затрат времени. Объем. оборудования уменьшается иэ-эа отсутст-. вия в предлагаемом корреляторе большого числа ПЗУ и за счет упрошения перемножителей, работа которых расчитана на умножение только на +1 и -1. Уменьшается также требуемый объем накапливаюших сумматоров, так как на ик вкодь: поступают те же числа с ЛЦП, что и в

3 73471 фаз О, R элементарных импульсов. Эти же сигналы можно рассматривать как не имеюшие фазовой манипуляции, но с двумя значениями амплитуд элементарных импульсов +1 и -1. Среди этих сигналов наиболее распространены М-последовательности, последовательно Холла, Якоби, Лежандра, а также зингеровы коды, имеющие одноуровневые периодические автокорреляцнонные функции (ПАКФ), т.е. для каждого из этих сигналов при согласованной обработке все собственные (неподавленные) боковые лепестки одинаковы и не равны нулю. Из этого следует, что для таких сигналов амплитуды

15 элементарных импульсов опорных сигналов, в случае весовой обработки с полным подавлением боковых лепестков, принимают так же, как и во входном сигнале, 2О два раэнополярных значения ck u но не равные +1 и -1 (например, с =+27, = - 14).

Таким образом, при цифровой реализации известного m -канального корре25 ляционного приемника с полным подавле. нием боковых лепестков ои содержит генератор опорной кодовой последовательности, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, аналого-цифровой преобзо разователь (AUIl), вход которого является входом устройства, m к анHа л о в, каждый из которых содержит накапливаюший сумматор и блок умножения, первые входы блоков умножения соединены с выхс

35 дом аналого-цифрового преобразователя.

Для генерирования этих опорных последовательностей, сдвинутых друг относительно друга на интервалы времени, кратные длительности одного элементар- 4 ного импульса ПФМ сигнала, период тактовой частоты этого регистра сдвига равен длительности одного элементарного импульса входного и опорных сигналов, Выходы всех rn ячеек регистра сдвига через постоянные эапоминаюшие устройства (ПЗУ} подключены ко вторым входам блоков умножения. Элементы кодовых последовательностей (+1,--1), поступая записанные T M числа

Й ил р, которые поступают на вторые входы перемножителей. При этом, если в 1 -ом такте на вход j -го

ПЗУ поступает +1, то считывается из этого ПЗУ число N и подается на второй вход j -го перемножителя. При поступлении на вход ПЗУ -1. считывается и подается на второй вход соответствую пего перемножителя число р . В каж734716

35

5 известном корреляторе, но умноженные лишь на +1 и -1, в то время как в известном корреляторе они умножались на многоразрядные числа с(и

На чертеже изображена схема описываемого много-.анального цифрового кор» релятора.

Цифровой многоканальный коррелятор содержит на „входе АЦП 1, выход которого подключен ко входам п блоков ум- 10 ножения 2, .выходы которых через переключатели 3 подсоединены ко входам соответотвуюших m накапливающих сумматоров 4. При этом вторые входы блоков умножения непосредственно подключе- 15 ны к соответствующим выходам М -разрядного двоичного регистра сдвига 5, вход которого годключен к выходу генератора 6 опорной кодовой последовательности, а ко вторым входам переключателей 3 подключен АЦП 1 через последовательно соединенные дополнительный накапливающий сумматор 7 и дополнительный блок умножения 8.

В описываемом корреляторе опорные кодовые последовательности, состояшие из +1 и -1 непосредственно с выходов регистра сдвига 5 подаются на вторые входы блоков умножения 2. При этом

30 операция умножения заключается только в определении знака слагаемых, поступающих затем на накапливающие сумматоры 4.

В дополнительном накапливающем сумматоре 7 в течение всего времени анализа производится накопление всех выборочных значений входного сигнала.

После окончания накопления входы накапливающих сумматоров 4 с помощью пе40 реключателей 3 подключаются к выходу блока умножения 8. Затем содержимое сумматора 7 умножается в блоке 8 на постоянный коэффициент К и полученное при этом число подается через переклю45 чатели 3 на входы всех накапливаюших сумматоров 4.

В описываемом многоканальном цифроВоМ корреляторе происходит полное подавление боковых лепестков, и можно определить значение числа К, при котором наблюдается это полное подавление.

Обозначим число. накапливаемых пери одов сигнала через М, а число символов

55 рез ° Тогда после окончания анализа результат накопления в одном из сум» маторов 4 прямо пропорционален числу накопленных выборок M N и амплитуде

6 входного сигнала А. Это основной лепесток L = N° - " . Боковые лепестки т.е. результаты накопления в остальных каналах, будут прямо пропорциональны уровню фона одноуровневой ненормированной ПАКФ Ч, числу периодов М и амплитуде сигнала А (L

go .

=М Й А) ° При этом сумма $, накопленная в сумматоре 7, оказывается рав ной S = M . .A (2L- N), где К - число символов одного периода кода, равных +1.

Отсюда видно, что в предлагаемом корреляторе коэффициент нужно выбрать равным

1- во к. MRA R

М=

M.д(гК-N) 2.К-ы (1}

Если умножить накопленное в сумматоре 7 число S на К, а затем прибавить его к накопленному в сумматоре

4, неподавленному боковому лепестку последний будет скомпенсирован до нуля. Значение коэффициента К, кроме того, как видно из (1), не зависит от числа накапливаемых периодов М и от амплитуды входного сигнала, а определяется только параметрами кода, т.е. фоном ПАКФ и числом символов, равных

+1 на одном периоде кода.

Таким образом описанный многоканальный цифровой коррелятор так же,как и известный коррелятор, осуществляет полное подавление боковых лепестков, но обладает большим быстродействием и меньшим объемом оборудования.

Количественную оценку указанных преимушеств предлагаемого коррелятора определяем на конкретном примере.

Пусть ПФМ сигнал построен на основе зингерова кода длиной 121. Ненормированный фон ПАКФ в этом случае R =13, К = 40 и 2К - N = — 41. Коэффициенты с1 и 5 в известном корреляторе легко вычисляются и соответственно равны Ы = +27, = -14.

Пусть число каналов коррелятора m равно числу символов кода на периоде г = М, т.е. коррелятор осушествляет полностью параллельную обработку входной информации. Пусть также входная информация преобразуется в ALII в 10разрядные слова.

Оценим объем оборудования и быстро действие известного коррелятора.

Объем памяти ПЗУ, требуемый для хранения коэффициентов сА и р, равен

14ОО бит. Каждое множительное устройство состоит из двух регистров длиной,/s

,,, .« Ф Й

7 " "." 7347

16 и 10 и одного полного параллельного сумматора. Время умножения составляет при этом величину, равную t> =12tc где Ф с — время выполнения одной элементарной операции сдвига или сложения. .Г!ри этом время умножения в основном определяет быстродействие известного коррелятора, т.е. частоту дискретизации входных сигналов.

В предлагаемом корреляторе коэффи- п циент Н» — и для реализации накапливалз

41 юшего сумматора 7 и блока умножения

8 требуется объем оборудования, равный всего одной сто двадцать первой части от объема оборудования, необходимого ts для реализации накапливаюших сумматоров и перемножителей в известном корреляторе. В этом случае в предлагаемом корреляторе исключаются ПЗУ обшим объемом 1400 бит. Реализация перемножи- 20 телей в каждом канале по сравнению с прототипом практически не требует затрат оборудования, а каждый переключатель представляет собой один корпус микросхемы серии 155. Объем оборудования, необходимый для реализации накапливаюших сумматоров, может быть также уменье еп за счет снижения разрядности поступаюших на них чисел. Быстродействие предлагаемого коррелятора увеличивается примерно в 12 раз и определяется временем выполнения элементарных операций типа сложения. Предлагаемый коррелятор выгодно отличается от известного как по быстродействию, так и по объему оборудованйя.

Формула изобретения

Цифровой многоканальный коррелятор периодических фазоманипулированных сигналов, содержаший генератор опорной кодовой последовательности, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, аналого-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, гт каналов, каждый из которых содержит накапливаюший сумматор и блок умно>кения, первые входы блоков умножения соединены с выходом аналого- цифрового преобразователя, о т л и ч аю ш и и с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в коррелятор введены последовательно соединенные дополнительный накапливающий сумматор и дополнительный блок умножения и в каждый канал переключатель, первый вход каждо го и з кот орых соедин ен с выходом соответствуюшего блока умножеиия, а второй — с выходом дополнительного блока умножения, выход каждого переключателя подключен ко входу накапливаюшего сумматора своего канала, причем вход допог.нительного накапливающего сумматора подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя, а вторые входы блоков умножения соединены с соответствуюшими выходами регистра сдвига, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Грибанов Ю. И. и др. Автоматические цифровые корреляторы, N.,"ÝÆI гия," 1971, с. 123-126.

2. Ипатов В. Г1. Полное подавление боковых лепестков корреляционных функций фазоманипулированных сигналов.—

Радиотехника и электроника", 1977, N 8,,с. 1600 (прототип) .

I1HHHHH Заказ 2226/13

Тираж 751 Подписное

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