Согласованный фильтр

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетсиик

Социапистичесиик

Республик (I u,.881984 (81) Дополнительное к ает. свнд-ву (22)Заявлено 30.01. 80 {21) 2879168/18-09 с присоединением заявки М— (5l)M. Кл.

Н 03 Н 15/02 твеударстванный комитет

СССР ко делам изебрвтеик11 и вткрытк11 (23) Приоритет

Опубликовано 15. 11. 81 Бюллетень М 42

Дата опубликования описания 15. 1 1. 8 1 (53) УДК 621. 394.. 44 (088. 8), (72) Авторы изобретения

А.И.Самойлов и А.Н.Чечулина

f ( урапьский электромеханический институт/инженеров железнодорожного транспорта (7l) Заявитель (54) СОГЛАСОВАННИЙ ФИЛЬТР

Изобретение относится к передаче сигналов и может быть использовано в устройствах связи для обнаружения полезных сигналов на фоне помех, а также для анализа выходных сигналов дефектоскопов в устройствах же— лезнодорожной автоматики.

Известно устройство для обнаружения полезных сигналов на фоне помех, содержащее цифровые накопительные элементы, оптимальные фильтры и устройства предварительной линейной обработки сигнала (1).

Однако известное устройство не обладает достаточной помехозащищен3$

HOCTblO °

Известно устройство согласованной фильтрации, содержащее последовательно соединенные многоотводную линию задержки блок взвешивания и сумма1

20 тор (2) .

Однако в данном устройстве осущест вляется линейная обработка сигнала, которая обеспечивает максимальное из всех линейных схем отношение пикового значения сигнала к среднеквадратичному значению помехи, но которая не обеспечивает достаточно высокой помехоустойчивости.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

Для достижения этой цели в согласованном фильтре, содержащем последовательно соединенные многоотводную линию задержки, блок взвешивания и сумматор, многоотводная линия задержки выполнена в виде анализатора текущего спектра амплитуд и фаз, между фазовой группой отводов которого и дополнительным входом сумматора включены последовательно блок симметриро вания, дополнительный блок взвешивания, дополнительный сумматор и блок изменения коэффициента передачи.

Блок содержит двухпоэиционюай коммутатор, первый сигнальный вход которого соединен со входом блока изменения коэффициента передачи не88 984

35 посредственно, а второй сигнальный вход — через инвертор, управляющий вход — с выходом триг гера, а ныход— со входом аттенюатора, выход которого является выходом блока изменения коэффициента передачи.

На чертеже представлена структур— ная электрическая схема согласованного фильтра.

Фильтр содержит вход устройства 1, 10 анализатор 2 текущего спектра амплитуд и фаз, блок взвешивания 3, сумматор

4, блок симметрирования 5, дополнительный блок взвешивания 6, дополнительный сумматор 7, блок изменения коэффициента передачи 8, двухпозиционный коммутатор 9, инвертор 10, триггер 11, аттенюатор 12, управляю— щие кнопки 13 и 14 соответственно положительного и отрицательногО коэффициента передачи, выход устройства 15.

Анализатор 2 состоит из многоотводной линии задержки, блоков определения косинусоидальной и синусоидальной составляющих, функциональных блоков подсчета модуля и фазы и блока устранения набега фазы.

Линия задержки анализатора 2 имеет

П отводов, где h = количество

Т

30 дискретных выборочных значений сигнала; Т вЂ” длительность сигнала;

М = — — время задержки на один от2F вод, равное интервалу Котельникова;

F — верхняя частота спектра сигнала.

Анализатор 2 спектра имеет две группы выходов. На выходах первой группы анализатора спектра формируются модули спектральных составляющих, а на выходах второй группы формируются ар гумен ты (фазьс) спектр альных составляющих текущего спектра с устра— нением набега фазы.

Вход 1 связан с анализаторам 2.

Выходы первой группы анализатора 2 через блок взвешивания 3, который 4> задает текущей амплитуде каждой частотной составляющей весовой коэффициент, совпадающий со значением модуля этой частотной составляющей для полного сигнала, подключены к 50 сумматору 4.

Выходы второй группы анализатора 2 подключены к дополнительному сумматору 7 через блок симметрирования

5 и дополнительный блок взвешивания ы

6, который задает текущей фазе каждой составляющей весовой коэффициент, совпадающий со значением фазы этой частс тной составляющей поггного сигна—

SI 3 .

Выход сумматора 7 соединен непосредстнеино с одним входом двухпо1 зиционного коммутатора 9 и через инвертор 10 с другим входом упомянутого коммутатора 9 в блоке 8 изменения коэффициента передачи по фазовым выходам. Выход двухпозиционного коммутатора 9 через аттенюатор 12 сое,цинен с одним из входов сумматора

4, выход которого является выходом

15 устройства. Двухпозиционный коммутатор 9 связан с триггером 11, управляемым кнопками 13 и 14.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал e(t) поступает на вход анализатора..2. На выходах первой группы и второй группы формируются соответственно текущие спектры амплитуды St (W;) и фаз Ч (W;).

Сформированные текущие спектры амплитуд и фаз рассматривается как преобразованные сигналы в пространстве частота-время и подаются соответственно на блоки взвешивания 3 и

6 и сумматоры 4,7. Весовые коэффициенты по выходам первой группы 5; всегда положительны и задаются в блоке взвешивания 3. Весовые коэффициенты по выходам второй группы 1; могут быть положительными и отрицательными. Для задания двухполярных коэффициентов 1 с помощью пассивных элементов (потенциометров) служит блок симметрирования 5, который включен между выходами второй группы и дополнительным блоком взвешивания 6.

В момент t=T на выходе сумматора

7 формируется сумма вида

I а на выходе 15 сумматора 4 формируется выходной сигнал

S,„„(T)=КX. ГД 1; ЕS;(Р1, где S и S ) — значения амплитуд частотных составляющих без помех и при наличии помех f (t) в дискретных точках на оси частот

< в момент =Т; Ч 1и 1, - значения фаз частотных составлялйх без помех и при наличии помех f (t) в дискретных точках на оси частот в момент

t=T.

Коэффициент К, оптимизирующий информационный вклад фазового спектра, обеспечивается блоком 8 изменения

881984 коэффициента передачи по фаэовым выходам. Коэффициент И» в зависимости от отношения сигнал/помеха на входе может быть положительным или отрицательным. Величина его задается аттенюатором !2, а знак определяется состоянием двухпозиционного коммутатора 9.

Нажатием кнопки 13 триггер 11 устанавливается в одно устойчивое состояние и переключает двухпозицион-: ный коммутатор 9 в положение, обеспе-. чивающее непосредственное соединение сумматора 7 с аттенюатором 12, в результате чего первое слагаемое алгоритма обработки входного сигнала имеет положительное значение коэффициента K .

При .нажатии кнопки 14 триггер 11 устанавливается в другое устойчивое состояние и переключает двухпозиционный коммутатор. 9 в положение, обеспечивающее соединение сумматора 7 с аттенюатором 12 через инвертор 10, что соответствует отрицательному значнию коэффициента К. Таким образом, состояние двухпозиционного коммутатора 9 устанавливается заранее в зависимости от отношения сигнал/помеха на входе кнопками 13 и 14.

С выхода аттенюатора 12 сигнал подается на один из входов. сумматора

4, на выходе которого в момент t=T формируется пиковое значение выходного сигнала 5,„ .(Т). До этого момента взвешиваются все предыдущие сечения IIo оси времени текущего фазового и амплитудного спектра, а после этого момента взвешиваются все последующие сечения текущего спектра со .своей весовой функцией, совпадающей с полным фазовым и амплитудным спектI рами, составленными вместе.

Применение предварительного нели нейнога преобразования сигнала путем перехода к текущему фазовому и амплитудному спектру в реальном мас штабе времени, т.е. нелинейное пре.,образование сигнала в пространство частота-время, позволяет раздельно управлять информационным вкладом в выходной сигнал фазового спектра и амплитудного спектра путем выбора оптимизирующего коэффициента К, что и обеспечивает повышение помехоустойчивости алгоритма обработки сигнала в предлагаемом согласованном

5 фильтре.

Максимально возможная помехоустойчивость устройства достигается прииспольэовании в устройстве блока 5 симметрирования, который позволяет !

О смоделировать на весовых потенциометрах блока взвешивания 6 импульс ную переходную функцию по фазовому выходу без дополнительной постоянной составляющей.

Формула изобретения

1. Согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные многоотводную линию задержки, блок взвешивания и сумматор, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, многоотводная линия задержки выполнена в

25 виде анализатора текущего спектра амплитуд и фаз, между фазовой груп пой отводов которого и дополнительным входом сумматора включены последовательно блок симметрирования, до30 полнительный блок взвешивания, дополнительный сумматор и. блок изменения коэффициента передачи.

2. Фильтр по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что блок изменения

З5 коэффициента передачи содержит двухпозиционный коммутатор, первый сигнальный вход которого соединен со входом блока изменения коэффициента передачи непосредственно, а.второй

4О сигнальный вход — через инвертор, управляющий вход — с выходом триггера, а выход — со входом аттенюатора,выход которого является выходом блока изменения коэффициента передачи.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 510791, кл. Н 03 Н 7/10, 1976.

2. Слока В. К. Вопросы обработки

50 радиолокационных сигналов. M. "Советское радио", 1970, с. 192-194, рис.8.1 (прототип).

881984

Составитель Т.Афанасьева

Редактор М.Хома Техред М,Рейвес Корректор У.ПономафЬнко

Заказ 9997/85 Тираж 991 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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