Согласованный фильтр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»>81369S (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву р, „3

Н 03 Н 15/00 (22) Заявлено 210579 (21) 2771314/18-09 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 1503.81. Бюллетень № 10

Дата опубликования описания 25 ° 03- 81

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (53) УДК 621 396..96(088.8) (72) Авторы изобретения

Л.Н.Бабкина и А.П.Молчанов

Институт физиологии им. И.П.Павлова AH O (71) Заявитель (54) СОГЛАСОВЛННЬ|Й ФИЛЬТР

Изобретение относится к технике связи, гидроакустике, приборостроению, радиолокации и может быть использовано для выделения сигналов из помех.

Известен согласованный фильтр, содержащий линию задержки, отводы которой через блоки взвешив ния подключены к сумматору 1).

Указанное устройство обеспечивает наибольшее возможное отношение сигнал-шум на выходе лишь в том случае, если сигналы предъявляются на фоне белого и окрашенного шума. Во многих практически важных случаях это условие не выполняется. Так, при действии сильных нестационарных сосредоточенных помех метод согласованной фильтрации оказывается неприменимым, так как попадание какой-либо помехи достаточного уровня только в некоторые из параллельных фильтров, входящих в состав согласованного фильтра, приводит к ложным срабатываниям всего согласованного фильтра несмотря на отсутствие сигнала, с формой которого он согласован. Указанный недостаток является следствием того, что по принципу действия существующих согласованных фильтров эффект 30 накопления энергии в них осуществляется без"достаточно полного учета ее распределения по области частот пропускания фильтров. Этот недостаток ограничил область применения согласованных фильтров условиями, при которых помехами являются лишь белые или окрашенные шумы.

Известен также согласованный фильтр, содержащий преобразователь частоты в координату, сумматор и и каналов фильтрации, в которых перед блоками взвешивания включены ограничители (2).

Однако при использовании ограничителей существенно уменьшается динамический диапазон схемы, так как возникают нелинейные и комбинационные искажения, что приводит к существенному снижению общей помехоустойчивости согласованного фильтра.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости при приеме сложных сигналов в условиях нестационарных сое средоточенных помех.

Для этого в согласованный фильтр, содержащий преобразователь частоты в координату, сумматор и и каналов фильтрации, каждый из которых содержит ограничитель, выход которого соединен с одним из входов блока взвеши813В98 вания, введены многозходовой элемент

И и ь каждый к-нал фильтрации — блокй разнсрти, блок сравнения, ключи и элементы И и ИЛИ--НЕ, причем ко входу каждого канала йильтрации подключены три выхода преобразователя частоты в координату, .два из которых подключены к первым входам блоков раз

НОсти, а третий выход — к сигнхльным входам ключей, к первому входу блоКа сравнения и ко вторым входам блоков разности, выход каждого из котоРЫХ СОЕДИНЕН С ОДНИМ ИЗ ВХОДОВ ЭЛЕмента И и элемента ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены ко второму входу блока сравнения и к одному из входоз многовходозого элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока сравнения, при этом выход блока сравнения соединен с управляюшими входами ключей, выход Одного из которых подключен ко входу ограни- 2<) чителя, а выход другого — к другому

Входу блока зззе>>йвания, выход коTOPOX O.СОЕДИНЕН С ОДНИМ ИЗ ВХОДОВ сумматора.

На чертеже представлена структурная электрическая схема согласованного Аильтра.

Согласованный фильтр содержит

Преобразователь частоты в координаТу 1 (ПЧК), каналы фильтрации 2, ЗО сумматор 3, многозходовой элемент

И 4, каждый канал йильтрации 2 содержит блоки разности 5 и 6„ блок сравнения 7, элемент И 8, элемент

ИЛИ-НЕ 9 ключи 10 и 11 Ограничис - -< - - — * тель 12, блок взвешивания 13. Выходы преобразователя 1 частоты з координату„ расположенные HB участках, соответствуюших характерным элементам формы отображения заданного сигнала, объединены з группы по тр11. 40

Средние отводы в этих группах Относятся к одному параллельному частот но-избирательному каналу 2 фильтрации. Средние отводы каждой группы выходов ПЧК 1 соединены одновременнО с сигналь11ыми ВхОдгми двух ключей 10 и 11, со входами двух блоков разности 5 и б и со входом блока 7 сравнения. На второй вход блоков разности 5 и б подключены боковые отводы с соответстзуюшей группы выходов ПЧК 1, а выходы блоков разности 5 и б соединены со входами элемента И 8 и со входами элемента

ИЛИ-НЕ 9, выхоцы которых объединены и подключены ко второму входу блока сравнения 7 и ко входа>л многовходового элемента И 4, при этом зь>ход блока сравнения 7 одновре>ленно подключен к упразляю11им входам ключей

10 и 11, причем выход Одного ключа ц

11 соединен с сумматором 3 через ограничитель 12 и блок взвешивания

13, а выход другого ключа 10 соединен с сумматором только через блок взвешивания 13.

Принимаемый сигнал поступает на

Вход преобразователя 1 частоты В координату„ з качестве котсрогс мо>,;11ая частотно-селекТИВНЫМИ СВОйСТВаМИ И РЗЗЛИГBI< астотновременные сос тавляю11ие. На выходах преобразователя формируется Отображение входного сигнала В виде набора частотно-заьисимых напряжений. В определенный момент времени, когда ьходной сигнал распространится от начала преобразователя к его концу,:->а отзо ах преобразователя можно зафиксировать картину распределения напряжений Вдоль всей его Длины. В этой картине можно выделить локальные пало>хительные наибольшие н<>прЯжения (макси>1у>ммы) H лок ал>зные н гименьшие Отрицдт ель ные напряжения (минимумы) . Могут бь>ть зафиксированы следуюшие случаи соотношения сравниваемых 11<1пряжений: HB.— пря>кение на трех смежных Отводах одинаксзы (з Г!ределах зад<<11ИОГО 1>аз— броса); положительное (отр .öàòåëüíîå) напряжение на среднем отводе больше (меньше) напряжений на соседних боковых Отводах, когда имеет место локальный максимум (минимум); 1! Олс>китель >се 11апряжение нB заданном Отводе больше напряжения HB Одном из соседних Отьодоз и меньше напряжения на Другом соседнем отводе. Возможны и другие случаи распределения напряжений вдоль координатной оси преобразователя 1.

При поступлении на вход ссгласованного фильтра совместно с сигналом произвольной помехи или одной помехи наблюдаемая йорма отображения входного Воздействия на выходах ПЧК 1 прОизвольная, и coTëBÑÎÂBнный йильтр функциОнирует II pBзли<1ных режимах В зависимости От входного воздействия.

Если напряжения на средних отводах (Гд<з 3 ОтсутстВии помехи должны HB.— блюдаться максимумы) по величине не менее напряжений на соседних боковых отводах, то фильтр работает: а) в Обычном режиме, когда напряжения на сред>1их отводах меньше установленных предельно допустимых; б) В режиме ограничения (PoêàJIüHoro) составляюших сигнала только на тех средних отводах, напряжения на которых превышают допустимый уровень или разны ему. Если напряжения на средних Отводах (где B Отсутствии наблюдаться максимумы) меньше «1апряжений HB бокОзых Отводах, то йильтр работает з режиме ограни -!ения сОстазляющих сиГнала ПО Всем каналам.

При работе < ОГласОзаннОГО фильтра

В обычном режиме сигналы со средних отводов ПЧК 1 через Открытые ключи

10 (К 2} и блоки взвешивания 3 проходят в сумматор 3. В режиме локаль813698

Режим ограничения по всем каналам имеет место з том случае, когда сигнал на выходе многовходозого элемен+ та И 4 отсутствует. Тогда блоки сравнения 7 всех каналов 2 фильтрации за1(рыты и На всех зыхое(ах схем сраН нения напряжения разны нули. При зтои ключи 10 зо всех каналах 2 закрыты а сиГ«алы с ОтзодОВ ПЧК 1 пОсту паят з сумматор 3 через ключи 11 и ограничитель 12. Такой режим работы фильтра наблюдается в том случае, когда хотя бы для одного канала 2 с зходоз элементов И 8 и ИЛИ-НЕ 9 на вход лногозходозого элемента "И" 4 не поступит импульс. Это означает, что в 1(анал=" действует сильная сосредоточенная помеха. Для каждого типа сигнала, подлежащего выделения среди других, должен быть сформирован свой согласованный фильтр, Обеспечивающий наибольший .отклик на этот сигнал. Другие сигналы для данного фильтра Выступают как сосредоточенные

ПОМЕХИ. ного ограничения напряжения с тех средних отзодоз, где их уровень превышает уста«озленный порог или равен ему, поступают чере открытые ключи

11 на ограничители 12, с которых ограниченнь>е по уровня напряжения поступают через блОки Взз ешиз а!!ИЯ 1 3

5 на сумматор 3. Напряжения с остальных средних отзодоз (относяшнхся к другим каналам) поступают в сумматор 3 через клячи 10 и блоки взвешивания 1 3, как в первом случае.

При работе согласованного фильтра в режиме ограничения по всем каналам сигналы со всех средних Отводов ПЧК 1 проходят через кличи 11 на ограничители 12, с которых с%гналы поступают через блоки Взвешивания 13 на су тлатор 3. Режим paGoты фильтра определяется блоками разнести 5 и 6, элементами И 8 и

ИЛИ-НЕ 9, блоками сравнения 7 и мно- 20 говходозым элементом И 4.

Каждый канал 2 Аильтрации объеди-. няет по три отзоца от ПЧК 1. Рассмотрим преобразование составлявших сигнала, поступивших в первый канал ц согласованного Аильтра. Б первом блОке разнОсти 5.О!. ределЯетсЯ раа .ность между начряжРчиями на срецнем и боковом отводах, ВО втором блоке разности 6 определяется ра"=-ность между напряжениями среднего отвода и второго бокового. Раз«сотные напря>!(ения, могущие иметь положительное, отрицатель.ное или нулевое значения, поступают на элементы И Я

H ИЛИ-НЕ 9, KoTopcIe зырабатыза>!>т импульс, если на их входы поступили

Оба нулевые напряжения или.оба отрицательные, Еели на их входы пост 7павт положительные напряжения, то на выходе импульс не возникает (при . 40 условии, что заданный .Сигнал о ределен наличием максимума на среднем отводе данного канала}, тем ca» ì

Осуществляется Оценка существо;a«èÿ

3 даннОм QhacTKB OTQ6i a>KeHHK BBiia« ного элм>ента фор>и. Если бы заданный сигнал хаоак-.еризозался минимумом з данком участке, то импульс на выходе элементов И 8 ы ИЛИ-K 9 вырабатывался бы при подаче на их входы либо нулей, либо положительных напрЯжений. Б;-иработка зыходнОГО импульса при нулевых напряжениях на входах элементов И 8 и ИЛИ-НЕ 9 означает наличие B неслед „ емо1-i распределении элемента формы, сОзместимОГО с зацанньгл.

изическ11 это соответствует случаю, КОГда CYir«a>1 ЛИбО ОТСуТСТзуЕТр Либо он ниже уровня шума, и выявление формы сигнала з области данного у астка невозможно. Отсутствие импульса на выходе элементов И 8 и ИЛИ-HE

Гозооит 0 наличии з канале согласован ного Аильтра сосредоточе«ной помехи.

Таким образом, импульс с выходов элементов И 8 и ИЛИ-НЕ 9 поступает Одно- 65 временно на вход многовходового элемента И 4 и на управляющий вход блока сравнения 7. Если в то же время на

Второй управляющий вход блока сравнения 7 придет такой же импульс от многозходозаго элемента И 4, то блок сравнения 7 открывается и «a его выходе появляется разностное напряжение между пороговым напряжением и напря>кением на среднем отводе ПЧК 1. Значение порогового напряжения в блоке сравнения 7 задается для каждого канала 2 фильтрации в соответствии с характерными особенностями отображе- ния заданного сигнала на отводах преобразователя в Аиксирозанный момент времени, когда сигнал распространился от входа ПЧК 1 до его конца. Если напряжение на среднем отводе менее порога, то на выходе блока сравнения

7 появляется положительное напряжеi!He, которое, действуя на управляющие входы ключей, открывает к>жч 10 и закрывает ключ 11. Это определяет обычный режим работы согласованного фильтра, когда сигнал со среднего отвода, м>1«уя ограничитель 12, поступает через ключ 10 и блок взвешивания 13 в сумматор 3. Б случае, когда напряжение на среднеи отводе не менее порогового, то На выходе блока сравнения

7 появляется отрицательное напряжение, когда сигнал больше порога, или нулевое напряжение, когда сигнал равен пороговому значени!а. При появлен::и отрицательного или нулевого напряжения на выходе блока сравнения 7 клвч 10 закрывается, а ключ 11 открывается, что приводит к работе Аильтра з режиме локалъ«ОГО ОГраничения т.е. сиГнал с цанного среднего отвода ПЧК 1 прохоцит через ключ 11, ограничитель 12 и блок взвешивания 13 з сумматор 3.

813698

Формула изобретения

И Заказ 807/75

988 Подписное

Таким образом, введенные в согла сованный фильтр дополнительные блоки производят, оценку наличия заданных элементов формы в пространственном отображении анализируемых колебаний .и осуществляют изменения в структуре фильтра в зависимости от результатов этой оценки. При этом согласованный фильтр реализует оптимальный алгоритм обработки при выделении заданного сигнала на фоне белого шума, а при появлении в каналах фильтра сосредоточенных помех согласованный фильтр автоматически переходит в режим ограничения, обеспечивающего нейтрализацию действия сосредоточенных помех. Использование согласованных фильтров предлагаемого типа позволяет применять имеляиеся устройства анализа сигналов не только в условиях белых и окрашенных шумов, но также и в присутствии сосредоточенных помех.

Согласованный фильтр, содержащий преобразователь частоты в координату, сумматор и N каналов фильтрации, каждый из которых содержит ограничитель, выход которого соединен с одним из входов блока взвешивания, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости при приеме сложных сигналов в условиях нестационарных сосредоточенных помех в него введены много входовой элемент И и в каждый канал фильтрации — .блоки разности, блок сравнения, ключи и элементы

И и ИЛИ-НЕ, причем ко входу каждога канала фильтрации подключены три выхода преобразователя частоты в координату, два из которых подключены к первым входам блоков разности, а третий выход — к сигнальным входам ключей, к первому входу блока сравнения и ко вторым входам блоков разности, выход каждого из которых соединен с одним из входов элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены ко второму входу блока сравнения и к одному из входов многовходового элемента И, выход которого подключен к третьему входу блока сравнения, при этом выход блока сравнения соединен с управляющими входами ключей, выход одного из которых подключен .ко входу ограничителя, а выход другого — к другому входу блока взвешивания, выход которого соединен с одним из входов сумматора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Турин. Согласованные фильтры.

"Зарубежная радиоэлектроника", 1961, Р 3, с. 30.

2. Патент CUA 9 3701154, кл. 343-18Е, 1972. ал ППП "Патент", город,ул.Проектная,4