УСТРОЙСТВО ОПТИМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2010 года по МПК H03H17/00 

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может найти применение в широкополосных системах связи, радиолокации и радионавигации.

Известны устройства (оптимальные фильтры) оптимальной обработки сложных сигналов с большим по величине параметром F·Т (F - полоса частот, Т - его длительность), содержащие обычно многоотводную линию задержки и взвешивающие элементы. При этом отводы линии задержки располагаются через интервал времени 1/2F, поэтому их количество должно быть равно 2F·T. При больших значениях 2F·T (порядка тысяч) техническая реализация подобных устройств затруднительна.

Примером такого устройства может служить устройство по а.с. №723760.

При применении ультразвуковых линий задержки, которые должны иметь большое количество преобразователей, в каждом из которых происходит значительное затухание сигнала, поэтому необходимо его усиление с целью компенсации этого затухания, в результате чего возникают фазовые искажения (см. устройство по а.с. №849438).

Для линии задержки на кольцевых магнитных носителях требуется также большое количество головок минимальных размеров (Андреев И.Н., Бондаренко B.C. и др. Регулируемые линии задержки на магнитострикционном кристаллическом феррите. Электронная промышленность, 1983 г., вып.8 (125), стр.79).

Известны также многоотводные линии задержки с поверхностными аккустическими волнами (M.Л.З. ПАВ), но максимальное время задержки этих линий составляет 100 мкс, что является серьезным ограничением для применения согласованных фильтров на М.Л.З. ПАВ (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: "Р и С", 1985 г., стр.352-360).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является "Устройство оптимальной обработки сложных сигналов", а.с. 361445, G01P 19/02, СССР, принятое за прототип.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства прототипа, где введены следующие обозначения:

1 - многоотводная линия задержки;

2 - суммирующая линия задержки;

3 - взвешивающие элементы (матрица).

На фиг.2 показано построение суммирующей линии, в которой использованы сумматоры 4 на два входа и элемент задержки 5 на время , включенные последовательно через сумматоры. Входы Bx1; Вх2; Вх3…Вхn суммирующей линии соединены с соответствующими горизонтальными шинами матрицы взвешивающих элементов.

На фиг.3 приведен пример выполнения одного взвешенного элемента матрицы.

Устройство-прототип содержит многоотводную линию задержки 1, m отводов которой образуют m вертикальных шин матрицы, к каждой из которых присоединены входы n взвешивающих элементов 3. Суммирующая линия задержки 2 имеет n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, к каждой из которых подключено m выходов взвешивающих элементов 3, причем первая горизонтальная шина матрицы соединена с выходом суммирующей линии задержки 2 (является выходом устройства).

Выходное напряжение U_вых.(t) аналогового линейного оптимального фильтра, импульсная реакция которого η(t) отлична от нуля в интервале 0<t<T, имеет вид:

где U_вх.(t) - напряжение на входе фильтра, существующее с момента времени t=0 и являющееся суммой полезного сигнала конечной длительности Т аддитивной помехи.

Если коэффициенты передачи взвешивающих элементов η₀; η₁; η₂;…η_mn-1 соответствуют выборочным значениям импульсной реакции η(t), отстоящим на интервал времени Δτ=1/2F, напряжение на выходе фильтра имеет вид:

где

В данном устройстве при количестве выборочных значений импульсной реакции, равном N, используется m отводная линия задержки с общим временем задержки, равным Т, причем m<<N.

Входной сигнал поступает в m отводную линию задержки 1, отводы которой располагаются через интервал времени n·Δτ. Напряжение с первого отвода линии (без задержки) поступает на взвешивающие элементы, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям η₀; η₁; η₂;…η_n-1, где величина n определяется из соотношения N=m·n.

Аналогично, напряжение со второго отвода линии (задержанное в линии на время n·Δτ) поступает на взвешивающие элементы, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям η_n; η_n+1; η_n+2;…η_2n-1.

Таким образом, схема включает n групп взвешивающих элементов 3, содержащих по m элементов в каждой группе.

Выходы взвешивающих элементов объединяются внутри каждой группы и подключаются к соответствующим входам суммирующей линии задержки 2, причем задержка сигнала в суммирующей линии задержки 2 между соседними отводами, являющимися в то же время соседними входами линии задержки, Δτ.

Входное напряжение взвешивающих элементов со значением η₀ поступает непосредственно на вход устройства.

Входные напряжения, взвешенные со значениями η₁; η₂;…η_n-1, поступают на вход устройства с задержкой, соответственно, Δτ; 2Δτ…(n-1)·Δτ.

Входное напряжение, взвешенное со значениями η_n; η_n+1; η_n+2;…η_2n-1, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, n·Δτ; (n+1)·Δτ; (n+2)·Δτ…(2n-1)·Δτ.

Напряжения на выходе устройства в моменты времени, отстоящие на Δτ, будут иметь следующий вид:

;

;

Таким образом, устройство осуществляет обработку сигнала в соответствии с выражением (2), при этом используется линия задержки с количеством отводов, значительно меньшим 2F·T.

На фиг.2 показано построение суммирующей линии задержки 2, в которой использованы сумматоры 4 на два входа и элементы задержки 5 на время Δτ=1/2F, включенные последовательно через сумматоры 4.

Входы Bx1, Вx2, Вx3…Вx·n суммирующей линии 2 соединены с соответствующими горизонтальными шинами матрицы взвешивающих элементов 3.

Устройство-прототип имеет недостаток: оно может работать с сигналом только одной структуры фазомодулированного сигнала, при работе с другой структурой ФМ сигнала необходимо менять матрицу, что вне обслуживаемых изделиях, где применять этот оптимальный фильтр невозможно, а работа данного устройства с сигналом только одной структуры снижает скрытность передаваемой информации.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее многоотводную линию задержки, имеющую m отводов, образующих m вертикальных шин матрицы, суммирующую линию задержки, имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, причем первая горизонтальная шина матрицы соединена с выходом суммирующей линии задержки и является выходом устройства, введены m выходных трансформаторов многоотводной линии задержки, первые отводы m трансформаторов соединены с первыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей K₁ матрицы соответственно, вторые отводы m трансформаторов соединены со вторыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей К₂, при этом средние точки m выходных трансформаторов соединены с корпусом; все выходы n ключей К₁ и К₂ через n резисторов 10К соединены с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, а управляемые входы всех ключей соединены с соответствующими выходами триггеров регистра сдвига, тактирующие входы регистра сдвига соединены между собой и с выходом генератора тактовых импульсов, причем сигнальный вход регистра сдвига соединен с выходом генератора псевдослучайных последовательностей, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

На фиг.4 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:

1 - многоотводная линия задержки;

2 - суммирующая линия задержки;

3 - взвешивающие элементы матрицы, выполненные на резисторах и ключах;

4 - регистр сдвига;

5 - генератор псевдослучайных последовательностей (ГПСП);

6 - генератор тактовых импульсов.

Предлагаемое устройство содержит многоотводную линию задержки 1, имеющую 2m отводов, которые образуют 2m вертикальных шин матриц 3; суммирующую линию задержки 2, имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы 3 и соответственно через 2m резисторов 10К горизонтальные шины соединены с n выходами соответствующих ключей К, сигнальные входы которых соединены соответственно с 2m отводами многоотводной линии задержки 1, а управляемые входы этих ключей соединены соответственно с n выходами регистра сдвига 4, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности 5, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 6 и с n тактируемыми входами регистра сдвига 4, которые соединены между собой, а каждый из n входов суммирующей линии задержки 2, кроме того, соединен через n резисторов 1К с корпусом.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входной ФМ сигнал поступает в многоотводную линию задержки 1, отводы которой располагаются через интервал времени n Δτ, причем отводы имеют заземленную среднюю точку для выделения противофазных сигналов.

Тактовые импульсы с генератора 6 поступают на тактируемые входы регистра сдвига 4 и генератора псевдослучайной последовательности 5. Сигнал с генератора ПСП 5 поступает на сигнальный вход регистра сдвига 4, заполняя его.

С выходов триггеров регистра сдвига 4 сигнал поступает на управляемые входы ключей К₁ и К₂, тем самым открывая ключ K₁ или К₂ в зависимости от состояния, в котором находится данный триггер регистра сдвига 4.

Сигнал с первого отвода многоотводной линии задержки 1 (без задержки) поступает на входы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям: η₀; η₁; η₂;…η_n-1, где величина n определяется из соотношения N=m·n, в свою очередь .

Аналогично, сигнал со второго отвода линии (задержанное на время n·Δτ) поступает на входы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям η_n; η_n+1;…η_2n-1.

Таким образом, схема включает n групп взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, содержащих по m элементов. Выходы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, объединяются внутри группы и подключаются к соответствующим входам суммирующей линии задержки 2, причем задержка сигнала в суммирующей линии задержки между соседними отводами, являющимися в то же время соседними входами линии задержки Δτ.

Входное напряжение, взвешенное со значением η_o, поступает непосредственно на вход устройства.

Входное напряжение, взвешенное со значением η₁; η₂;…η_n-1, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, Δτ; 2Δτ;…(n-1)·Δτ.

Входное напряжение, взвешенное со значением η_n; η_n+1; η_n+2;…η_2n-1, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, n·Δτ; (n+1)·Δτ; (n+2)·Δτ…(2n-1)·Δτ.

Напряжение на выходе устройства в моменты времени, отстоящие на Δτ, будут иметь следующий вид:

;

;

.

Таким образом, устройство осуществляет обработку входного сигнала в соответствии с выражением (2).

И, кроме того, введение генератора тактовых импульсов, генератора псевдослучайных последовательностей, регистра сдвига, m ключей K₁ и m ключей К₂ и среднего заземленного отвода в многоотводной линии задержки позволяет оптимальному фильтру работать с любой структурой последовательностей ФМ сигнала.

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в широкополосных системах связи, радиолокации и радионавигации. Обычно в оптимальных фильтрах обрабатывается шумоподобный сигнал только одной структуры, определяемой матрицей, для обработки сигнала другой структуры необходимо менять матрицу. Технический результат: расширение структур обработки шумоподобного сигнала. Устройство содержит многоотводную линию задержки (ЛЗ) (1), имеющую 2m отводов, которые образуют 2m вертикальных шин матриц (3), суммирующую линию задержки (2), имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной матрицей (3) и соответственно через 2m резисторов 10К горизонтальные шины соединены с n выходами соответствующих ключей К, сигнальные входы которых соединены с отводами ЛЗ (1), а управляемые входы - с выходами регистра сдвига (PC) (4). Сигнальный вход PC (4) соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) (5), вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов (ГТИ) (6) и тактируемыми, соединенными между собой входами PC (4). Применяя ГТИ, генератор ПСП, регистр сдвига и 2m ключей позволяют обрабатывать шумоподобный сигнал любой структуры, не меняя матрицы. 4 ил.

Устройство обработки сложных сигналов, содержащее многоотводную линию задержки, имеющую m отводов, образующих m вертикальных шин матрицы, суммирующую линию задержки, имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, причем первая горизонтальная шина матрицы соединена с выходом суммирующей линии задержки и является выходом устройства, отличающееся тем, что введены m выходных трансформаторов многоотводной линии задержки, первые отводы m трансформаторов соединены с первыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей K₁ матрицы соответственно, вторые отводы m трансформаторов соединены со вторыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей К₂, при этом средние точки m выходных трансформаторов соединены с корпусом; все выходы n ключей K₁ и К₂ через n резисторов 10К соединены с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, а управляемые входы всех ключей соединены с соответствующими выходами триггеров регистра сдвига, тактирующие входы регистра сдвига соединены между собой и с выходом генератора тактовых импульсов, причем сигнальный вход регистра сдвига соединен с выходом генератора псевдослучайных последовательностей, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.