Устройство для корреляционнойобработки сигналов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е >ЗИ288 ф ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сзид-в|у— (22) Заявлено 30.08.78 (21) 2660500/18-24 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 10.03.81 (5! ) М.Кл. G 06 G 7/19

Государственный комитет ло делам изобретений и открытий (53) УДК 691.333 (088.8) (72) Автор изобретения

В. С. Голиков

Харьковский институт радиоэлектрон (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОРРЕЛЯЦИОННОЙ

ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к области специализированных средств вычислительной техники и может быть использовано для оптимальной обработки сигналов в реальном масштабе времени при наличии коррелированных помех, изменяющих свои характеристики от реализации к реализаци, в радиолокации, радионавигации, радиосвязи и т. д.

Известно корреляционное устройство для оптимальной обрабокти сигналов в присутствии аддитивных нормальных коррслированых помех в условиях изменения от реализации к реализации формы корреляционной функции помех (1). Это устройство состоит из двух перестраиваемых оптимальных на фоне «белых» шумов фильтров с ортогональными анализаторами Лагерра, нагруженных на вычитающее устройство, соединенное с первыми входами вычислителя, на вторые входы которого подается напряжение с ортогонального анализатора Лагерра полезного сигнала, а выход вычислителя подсоединен к первым входам линейки перемножителей, на вторые входы которой подается напряжение с выходов ортогонального анализатора Лагерра входной смеси сигнала и помехи, а выходы соединены с сумматором, выход которого является выходом устройства.

Входная смесь сигнала и помехи подается на оптимальньш перестраиваемый фильтр с ортогональным анализатором Лагерра, «а выходе которого формируется ортогональпый спектр кoppeëÿö1toííoÉ функции входной смеси. На другом перестраиваеi:oì оптимальном фильтре с ортогональным анализатором Лагерра формируется ортогональный спектр корреляционной функции сигнала. На выходе вычитающего устройства формируется ортогональный спектр корреляционной функции помехи.

Вычислительное устройство из ортогонального спектра сигнала и корреляционной

1з функции помехи формирует ортогональный спектр импульсной характеристики оптимального фильтра, на который подается входная смесь сигнала и помехи. Последняя проходит через ортогональный анали20 затор Лагерра и перемножается на сформированные ортогональчые спектры оптимальной импульсной характеристики оптимального фильтра. Все выходы перемножптелей подключены K c) ìMÝTop, HB Вы26 ходе которого формируется искомая оптимальная корреляционная функция.

Это устройство реализует метод построения оптимальных фильтров в соответствии с решением уравнения оптимальной фильтрации, основанный на представлении

811288 вход!Iblx сигналов, корреляционных функций помех и искомой импульсной хара!перистики в виде ортогональных рядов по выбранной систсме ортогоиальиых фу нкций.

Это устройство сложно (особеиг10 вычислительный блок) и может быть исполь=-овапо лля ограниченного числа базисов.

Известно устройство (2), которое сосгоит из многоканального коррелятора, нагруженного иа усилитель, линейки умножителей-усрслнителей и линейки 1вух«2иальных сумматоров, в cocTDB которых входит линейка инвсрторов. Выход усилителя, являющийся выходом устройства, подключен к псрвым входам линейки умно>кителей-усрелнителсй, на вторые входы

«оторой полаются ортогональные составляющие напряжения помехи, а выходы линейки умножителей-усреднителей на:гpy>I4eпы через линейку инверторов иа первые входы линейки двухканальных сумматоров, па вторые входы которой подаются ортогоиальные составляющие напряжения сиг11ала. Выходы лииейк:1 двухканальных сумматоров нагружены на вторые входы м Ioгоканального коррелятора. на первые входы которого подаются ортогопальиыс составляющие входной cxiec:i сигнала и помехи.

Недостатком устройства является формирование оптимального алгоритма корреляционного интеграла только Лля uy.-.cBb!x задержек.

Наиболее близким по составу обору,1овапи я к описываемому устройству является коррелятор, содержащий два фильтра Лагсрра, блок умножения-усрс,чисци51, блок умножения II:r! HoãOBxîäoBOII сумматор (3).

В таком устройстве иевозмо>кно полу",ить в реальном времени оптимальную корреляционную функцию при пормал". ых аддитивиых помехах, изменяющих спектральные свойства от реализации к pcàлизации.

Цель изобретения — устранение ука"-анного недостатка.

Эта цель достигается тем, что в устройСТВО Л,1Я ОПТИ ГЛ 2ЛЬИОй 00P300T!4H СИГ113

ioB, солсржащес первый и второй фильтры Лагерра, входы которых являются cooTBcTcTBcjljIo псрВьгм и BTopbIM Входами

УCTPОЙСТВ3, ОЛО«>rM!10>jiCHIIЯ-УCPСД1!ЕИИЯ, ;-срвый вход которого является третьим ьхолом устройства, а выходы подключены к первой группе входов блока умножения, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выхолами второго фи 71 Тр2 гчагерра, BbIXO;1 bi б "Oli2 у мио;кения сосдиисl .û с соответствующими в>0013ми многовходового сумматора, ввелсны многока иальный коррелятор, инвертор и двухвхоловой сумматор, первый вход которого является четвертым входом устройства, второй Bxo;I подключен к выходу ин5

55 б0 б5

Вср Гора, ВхОл, которого соединен с выходом миоговходо о: о сумматора. Входы первой группы многоканального коррелятора соединены с соответствующими выходами первого G!IIJlbTp2 Лагерра, входы второй группы многоканального коррелятора — соединены с выходом двухвхолового сумматора, а выходы многоканального коррелятора подключены к соответствующим входам блока умножения-усреднения, который является входом устройства, иагружень; на первый входы Illoj 0«aiiaльного коррелятораа, выходы которого являются зыхолам:i устройства и подключены к первым входам линейки умножителей-усреднителей, на вторые входы которой подается напряжение помехи, а выходы подключены к перьым входам линейки умножителей, вторые входы которой подсоединены к соответст:; ю «ixl выхо.чам второй линейки ортогоиальиых фильтров Лагерра, иа которую подастся запускающий лельта-импульс.

В ыхо. 1ы л1! Hcй«и умно>кителей наг1>уженьl

i .2 многоканальный сумматор, напряжение с которого через иивсртор поступает па первый вход лвухка11ального сумматора.

На чертеже представлена функциональгая схема устройства.

Устройство содержит первый фильтр

Лагсрра 1, многоканальный коррелятор 2, б.чок 3 умножения-усреднения, блок 4 умножения, второй фильтр Лагерра 5, многов: одовой сумматор 6, .". .;с >т1>р 7 ii 1вухВ 0ëîâîé сумматор 8.

Вхол фильтра Лагерра 1 является одним из Bxo. loB устройства. Выходы фильтра

Лагсрра 1 пол1 :1ючены «первым входам коррелятора 2, выходbl которого являются выходами устройства. )3bixolb! коррелятора

2 соединены с вхо.Iaxlji первой группы бло 2 8 умножения-усреднения, на вторые вхо;1ы KDTopol O подается и217ря>кение помехи.

Выходы блока 8 подсÎсчиисны к первым

Bxo1а>л б..и>ка у. иожения 4, вторые входы которого нагружеиь . на соответствующие

BbIxолы ф11льтра Лагерра 5. На вход (:;",17»Tрa Лагерра 5 подается дельта-импульс.

Выхо ibl блока умножения 4 соелинеиы со

Bxoлами сумматора б, выход которого через 1«нвертор 7 подк,почен к первому входу сумматора 8, на второй вход которого подастся напряжение сигнала. Выход сумматора 8 соединен со всеми вторыми вхоламп «о>ослятопа 2.

На вход устройства поступает алд !тивпая cMccb сигна.-. а и помехи, кото.>ая, ирой,чя через фильтр Лагсрра 1, по,чается

11а первые входы коррелятора 2. Напряжеги е с вь:x0..70В корр лятора 2, которое являстс» выходным, персмно>кается с помехой и усрелпяется блоком 3 умножснияусрслисп11я, напряжение с вьгхо,пов кото ого поступает Iia первые входы блока умножс1 ия 4, па вторые входы которого подается напряжение с фильтра Лагерра 5, 811288 возбуждаемого в момент начала формирования выходного напряжения устройства дельта-импульсом. Выходное напряжение с блока умножения 4 поступает на сумматор б, проходит через инвертор 7 и поступает на первый вход сумматора 8, на

-второй вход которого подается напряжение сигнала. Выход сумматора 8 подключен ко входам второй группы коррелятора 2.

Искомая корреляционная функция представлена в устройстве в виде коэффициентов разложения в базисе Лагерра на выходе коррелятора 2.

Такая корреляционная функция находится из выражения

B(T; ) = ) U, „(/)V(t+ЧЖ, О где U, „ (t) — входная аддитивная смесь сигнали и помехи, à V (t) — находится из уравнения

V(S)=U,(S)-- R„(-.) V(-.— S)dti

40 функгде R „(-.) автокорреляционная ция помехи.

U, (S) — реализация сигнала.

Если автокорреляционную функцию по- 45 мехи представить в виде т

R„(-.)=- J U, „(t) U„(t-- )dt, о

50 где ь „® — реализация помехи, то

U(S) = U,I S) — (U„(t)B(t: S)dt

55

Представим В (/; т) в виде ряда по ортонормированному базиеу

B(t;-.)=. V, a„(t) ф,() где

Покажем, что предлагаемое устройство выполняет операцию взятия корреляционной функции, оптимальной в смысле получения на выходе максимального значения отношения напряжения сигнала к среднеквадратичному значению напряжения помехи при аддитивных флюктуационных нормальных помехах с корреляционной функцией, изменяющейся от реализации к реализации.

Здесь () — представчяет собой напряжение на выходе ортогонального фильтра с импульсной характеристикой б, (7) при воздействии на него входной реа -iI,зации. Значит, для получения a„(t) необходимо подать на коррелометр с аппроксимацией входную реализацию сигнала и помехи и напряжение V (t), которое можно получить из а„по следующему алгоритму

V(S) =U,(S) — >, ф„(5) (U,(t)a,.i(t)dt.

ii =О (1

Предлагаемое устройство позволяет по;;учить в реальном масштабе времени оптимальную корреляционную функцию при алдитивных флюктуационных нормальных помехах с изменяющейся от реализации к реализации автокорреляционной функцией. Это устройство в отличие от известных позволяет получать оптимальную коррсляционную функцию при всех значениях своего аргумента, что позволит использоватьгть его для оценки параметров сигналов в сложных помеховых ситуациях.

Формула изобретения

Устройство для корреляционной обработки сигналов, содержащее первый и второй фильтры Лагерра, входы которых являются соответственно первым и вторым входамп устройства, блок умножения-усреднения, первый вход которого является третьим входом устройства, а выходы подключены к первой группе входов блока умножения, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами второго фильтра Лагерра, выходы олова блока умножения соединены с соответствующими входами многовходового сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения в реальном времени оптимальной корреляционной функции при нормальных адлитивных помехах, изменяющих спектральные свойства от реализации и реализации, в устройство введены многоканальный коррелятор, инвертор и двухвходовой сумматор, первый вход которого является четвертым входо vl устройства, второй вход подключен к выхолу инвертора, вход которого соединен с выходом многовходового сумматора, входы первой группы многоканального корреля, с;за соединены с соответствующими выхоламп первого фильтра Лагсрра, BxOzbI второй группы многоканального коррелятора соединены с выходом двухвходового сумматора, а выходы многоканального коррелятора подключены к соответствующим входам блока умножения-усреднения.

811288

Составитель о. Жовинский

Техред Л. Куклина

Корректор С. Файн

Редактор Л. Утехина

Заказ 217/228 14зд, ф 217 Тираж 749 Подггггсггое

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. «Радиотехника и электроника», т. 20, 1975, М 3, с. 647.

2. «Радиотехника и электроника», т. 19, 1974, Ла 11, с. 2415.

3. новинский В. Н., Арховский B. Ф.

1(орреляционные устройства. М., «Энергия», 1974, с. 46 (прототип).