Адаптивный фильтр Советский патент 1983 года по МПК H03H21/00 

00 СХ) 00 X Изобретение относится к.радиотех нике и может быть использовано в устройствах приема и обработки сигн лов неизвестной фортиы; Известен адаптивный многоканальный фильтр, содержащий многоканальвый моделятор и формирователь весовой функции, причем информационный вход многоканального моделятора является входом фильтра,, управляющий вход многоканального моделятора сое динен с Выходом формирователя весовой функции, а выход многоканального моделятора является выходом многоканального фильтра на моделяторе, осуществляющего параллельную фильтрацию N сигналов, где N - числ каналов моделятооа 1 . ФОРМУ частотной характеристики каждого из каналов многоканального фильтра можно изменять, не изменяя структуру устройства, путем замены весовой функции, связанной с импуль ной характеристикой фильтра соотношениемV(x) T-g (где VCx) - весовая функция; g(y-) g(t) -импульсная характеристика синтезируемого фильтра; . Тд - время обработки сигнала моделяторе; V - скорость записи весовой функции на безинерционном фоторезистивном слое мод лятора. Фильтры такого типа имеют постоя ные параметры.и позволяют обеспечит оптимальную фильтрацию сигнала,если его параметры точно известны в месте приема. Если же форма принимаемого сигнала неизвестна, для оптимальной фильтрации необходима адаптация пара метров фильтра к параметрам принимае мого сигнала неизвестной формы, т.е известный фильтр не позволяет обеспе чить прием сигналов неизвестной форм с достаточной помехоустойчивостью. Цель изобретения - повышение поме хоустойчивости приема повторяющихся сигналов неизвестной формы. Поставленная цель достигается тем что фильтр, содержащий многоканальный моделятор, информационные входы которого являются входом адаптивного фильтра, а управляющие входы подключены к выходам формирователя весовой функции, введе-ны два сумматора и пороговый элемент, при этом выходы мно гоканального моделдтора подключены к входам первого сумматора, и к информацирнным входам формирователя весовой функции, управляющий вход которого соединен через пороговый элемент с выходом первого сумматора, а выходы - с. входами второго сумматора. Причем формирователь весовой функции содержит N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа , запоминающего блока и амплитудного модулятора,причем информационные входы ключей являются информационными входами формирователя весовой функции, управлякидие входы ключей объединены и являются управляющим входом формирователя весовой функции,вторые входы амплитудных модуляторов подключены к выходам задающего генератора, а выходы являются выходами фор1мирователя весовой функции. На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема адаптивного фильтра; на фиг. 2 -.структурная электрическая схема формирователя весовой функции. Адаптивный фильтр (фиг. 1) содержит многоканальный моделятор 1,формирователь 2 весовых функций, сумматор 3, пороговый элемент 4, сумматор 5, фильтр 6 нижних частот. Формирователь 2 весовых функций (фиг, 2) содержит задающий генератор 7, амплитудные модул.яторы 8, запоминающие блоки 9 и ключи 10. Адаптивный фильтр работает следующим образ.ом. Входной сигнал Uj(t), представляющий собой аддитивную смесь неизвестного повторяющегося сигнала иф(1) и флуктуационной помехи (шума) Un(t) U(t) Uc(t) + U(t) поступает на объединенный информационный вход мн(5гоканального моделятора 1. Число используемых.каналов моделятора 1 определяется выражением N В,где В - база принимаемого сигнала Ug (t), Ffng - в.ерхняя частота спектра сигнала Uc(t), Т - длительность сигнала и(t). На управляющие входы всех N канаов моделятора 1 с соответствующих выходов формирователя 2 .подаются напряжения весовых функций. Формирование напряжений весовых функций в формирователе 2 производится следующим образом. .С N выходов задающего генератора 7 формирователя 2 на вторые входы соответствующих амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 поступают короткие импульсы постоянной амлитуы (S -импульсы), длительностыб cg, выбираемой из условия где Ха - размер одного элемента проводящего слоя- моделятора 1 вдоль направления записи весовой функции. Интервал следования 5 -импульсов на каждом из выходов задающего гене ратора 2 должен быть не больше длительности сигнала Uc;(t1, причем 5-импульсы на-i-M выходе задающего нератора 7 f ) рмецены относительно 6-импульсов на (1-1)-м Ы ходе задакнцего генератора 7 на инте вал лt, определяемой по теореме Котельникова На вход каждого из амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 с соо ветствующ го запоминающего блока 9 поступает напряжение IJ-(t) (где ), модулирующее по амплитуде 6-импульсов, подаваемые на амплитуд ные модуляторы 8 с задающего генера тора . Промодулированные по амплитуде 5 -импульсы с выходов амплитуд ных модуляторов 8 формирователя 2 поступают на соответствующие управляющие вхо.Е1Ы многоканального моделя тора 1.. в момент включения адаптивного фильтра на выходе моделятора 1 напряжение и, следовательно на «ходе с вдматора 3, практически равно нулю т.е. заведомо ниже начального порог вого напряжения порогового эле мента 4. При этом управляющее напря жение и на выходе порогового элемента 4 отсутствует ключи 10 форми рователя 2, управдякяоие входы которых соединены между собой h подключены к выходу порогового элемента 4 закрыты, напряжения Olji(t) на запоми накидах еЗлоках 9 формирователя 2 отсутствуют. При этом на управляющие Эходзи всех N каналов моделятора 1 j ocтyпaют немрдулированные 5 -им,пульсы. Через интер вал TQ на выходе каждого из каналов моделятора 1 появится выходное напряжение L,,-(tor определяемое выражением: ,(Ч,0, () 04 где текущий момент отсчета вхо , ного сигнала в i-м канале моделятора, пробегающий вс значения от О до Т со скоростыЬ пёр емещения весовой функции по весовому слою i-го канала моделятора 1, причем to,- ., где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа модулятора 1.и его.констру тивных особенностей, Тр - время обработки входного . сигнала U, (t) в модуляторе 1. Таким o6pai3bM, в момент на в ходе всех N каналов моделятора 1 по явится напряжение Ugj,x( Т), представляющее собой отсчеты мгновенных значений входного сигнала, взятые через интервал At. Все N отсчетов входного сигнала с выходов моделятора 1 поступают на сумматор 3, выходное напряжение которого определяется соотнсзшением УЗ vS t o Напряжение Uj подается на Нороговый элемент 4, где сравнивает ся с изменякщимся пороговым напряжением Чпор (t) Unopo uUnop(t), где uUflop (t) - составляющая порогового напряжения, формируемая из сигнала, подаваемого на вход порогового элемента 4. В момент включения адаптивного фильтра -пороговое напряжение пор () равно начальному .значению ПОРв- в течение всего времени приема повторяющегося сигнала Ug(t) напряжение. U-j , формируемое как сумма отсчетов входного сигнала U(t), подается на пороговый элемент 4.Это напряжение изменяется во времени как за счет изменения ур-овня входного сигнала UgCt), представляющего собой смесь полезного сигнгша и шума, так и за счет адаптивного приближения параметров фильтра на модуляторе 1 к оптимсшьным. Если напряжение ) на выходе су1«виатора 3 не превьвяает (t), то напряжение U на выходе порогового элемента 4 отсутствует, пороговое напряжение его не меняется, ключи 10 в формирователе 2 зак- рыты, напряжения на запоминающем блоке а отсутствуют, на управляющие входы кансшов моделятора 1 и на сумматор 5 подаются немодулиррванные S-импульсы. С сумматора 5 немодулированная последовательHOfCTb 5 -импуль сов, смещенных дру.г относительно друга на д ,поступает на. фильтр 6.. При этом на выходе фильтра 6 выделится постоянное напряжение, представляющее собой огибающую немодулированной последовательности S -импуль.СОВ. . в том случае, когда напряжение на выходе сумматора 3 превысит пороговое напряжение U|,op(t) порогового эле- мента 4, на выходе появится напряжение Ujj, отпирающее ключи10 формирователя 2, Кроме того, в самом пороговом элементе 4 происходит автоматит ческая регулировка порогового напряж ния. При отпирании ключей 1C фор-, мироват ля 2 на запоминающие блоки 9 формирователя 2 переносятся значения отсчетов входного .сигнгша J (t) с выхода моделятора 1, модулирующие (в амплитудных модуляторах 8) S -импульсы, поступающие с задающего генератора 7. С выхода амплитудных модуляторов В: формирователя 2 модулированные по амплитуде $ -импульсы

подаются на управ; яющие входы многоканального моделятора 1 на сумматор 5, с выхода которого модулиро, ванная по амплитуде последователь- ность 5 -импульсов поступаетна фильтр б нижних частот, выделяющий напряжение, пропорциональное огибающей этой последовательности.

Если входной сигнал Ug(t) содержит только шум Uf(t), то моменты срабатывания порогового элемента 4 будут совершенно случайными и значения отсчетов входного сигнала, переносимые с. выходов многоканального модулятора 1 через ключи 10 в запоминающие блоки 9 формирователя 2 также будут случайными, В результате напряжения. Uaj(t) на запоминающих блоках 9 будут случайно флуктуировать, оставаясь в среднем близким к нулю. При этом с формирователя 2 на управляющие входы моделятора 1 . и на сумматор 5 отсчетоввыходного сигнала поступают 5 -импульсы,амплтуда которых флуктуирует относительно среднего значения в очень малых пределах. На выходе адаптивного фильтра при этом действует напряжение шума Uewxnft) .

В том случаеркогда входной сигна представляет собой сумму напряжений шума и f .t) и полезного сигнала U(.,(t), вероятность срабатывания порогового элемента 4 возрастает в связи с увеличением энергии Входног сигнала U;, (t) , следовательно и сум марного напряжения отсчетов входно го сигнала Ug(t), подаваемого на пороговый элемент 4,Чем выше отношение сигнал-шум.на входе адаптивного фильтра, тем вероятнее срабатыва- ние порогового элемента 4 в моменты появления полезного сигнала Uc(t). Но и при небольших отношениях сигнал-шум срабатывание порогового элемента 4 будет происходит чаще при наличии полезного сигнала на входе адаптивного фильтра, чем при его отсутствии. После нескольких повторений полезного сигнала, вызвавших срабатывание порогового .элемента 4, з.начения напряжений (t) на запоминающих блоках 5 формирователя 2 приблизятся к значениям отсчетрв полезного сигнала.. Это происходит за счет усреднения выбросов напряжений Uq (t) , вызванных шумами, при накоплении отсчетов входного сигнала на запоминающих блоках 9. Напряжения UgiCt) модулируют 5-импульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающего генератора 7. При этом значения напряжений весовых функций, подаваемых с формирователя 2, приближаются к оптимальным, которые соответствуют отсчетам мгновенных значений по лезного сигнала Ueftl. За счет приближения формируемых весовых функций к оптимальным, увеличится частота правильных (при появлении полезного сигнала) срабатываний порогового элемента 4, так как начнет возрастать отклик каждого канала моделятора 1 на полезный сигнал, что приведет к увеличению напряжения. Uj(t) навыходе сумматора 3. Процесс адаптации ускорятся. Для одно- . временного уменьшения случайных срабатывалий порогового элемента 4 под действием шума, .в интервалы,, когда полезный сигнал Ucff) на входе отсутствует, порог срабатывания прогового элемента 4 автоматически увеличивается с увеличением напряжения Usft) на выходе сумматора 3.

Таким образом, когда, на входном напряжении адай ивного фильтра U|(t) нет повторяющегося сигнала U(.(t), происходят случайные срабатывания порогового элемента 4, средние.значения напряжений на запоминающих блоках 9 формирователя 2 остаются нулевыми и порог ) в пороговом элементе 4 сохраняет значение, близкое к 1}щ

При появлении повторяющегося сигнала UcCt) .процент, случайных срабатываний порогового элемента 4 постепенно уменьшается, .напряжение на запоминающих блоках 9 все более приближаются к оптимальным значениям, модулированные этими напряжениями 6-импульсы, подаваемые на сумматор 5, отсчетов выходного сигнала, стремятся к значению отсчетов и полезного сигнала, пороговое напряжение порогового элемента 4 возрастает, а напряжение на выходе фильтра 6 все точнее повторяет форму полезного сигнала Uc(t), так как представляет собой огибающую -совокупности отсчетов полезного сигнала U (t), взятых через интервал дt Т(В ,что позволяет точно восстановить форму этого сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство, адаптируясь к параметрам повторяющегося сигнала неизвестной формы, принимаемого на фоне помех, и автоматически формируя оптимальную весовую функцию, позволяет повысить помехоустойчивость приема этого сигнала.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить не только повышение помехоустойчивости приема любых повторяющихся сигналов неизвестной формы путем их оптимальной- фильтрации (если известны длительность и верхняя частота спектра сигнала), но и оптимальное обнаружение регулярного сигнала, так как при приближении уровней модулированных 5 -импульсов.

К оптимальным,напряжение на выходе сумматора 3 достигает максимума, соответствующего рхклику оптимального обнаружителя.

Предлагаемое устройство может найти применение в системах обнарузкения, радиоастрономии, радиолокации и радиопеленгации. Время вхождения адаптивного фильтра в режим оптимальной фильтрации зависит от i отношения сигнал-шум на Ьходе -фильт- ра и от частоты повторения входного сигнала.

1, АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий многоканальньлй моделятор, информационные входы которого являются входом адаптивного фильтра, а управляющие входы подключены к выходам формирователя весовой функции, отлич ающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема повторяющихся сигналов неизвестной формы, в него введены два сумматора и пороговый элемент, при этом выходы многоканального моделятора подключены к входам первого сумматора и к информационным входам форьмрователя весовой функции, управляющий вход которого соединен через пороговый элемент с выходом первого сумматора, а внходы - с входами второго сумматора. 2. Фильтр по П.1, о т л и ч а ю щ и и U я тем, что, формирователь весовой функции содержит N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и амплитудного, модулятор а причеминформаиионные входы ключей являются информационны. входами формирователя весовой функции, управляющие входы ключей объедис ены и являются управляющим входом формирователя весовой функции, вторые вхо ды амплитудных модуляторов подключе- ны к выходам э гщанще го ген ер ат ора, а выходы являются выходами формирователя весовой функции.