Адаптивный фильтр Советский патент 1983 года по МПК H03H21/00 

включен девятый дополнительный перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом ПЗУ, между выходом дополнительного ключа и вторым входом пятого дополнительного сумматора включен десятый дополнительный перемножйтель, второй вход которого соединен с вторым выходом ПЗУ, .к второму входу шестого дополнительного сумматора подключен ыход одиннадцатого дополнительного перемножителя, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора и с входом восьмого дополнительного

сумматора, а второй вход соединен с третьим выходом ПЗУ, двенадцатый дополнительный перемножитель, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора и вторым входом третьего перемножителя/ девятый дополнительный сумматор, первый накопитель и первый блок деления включены последовательно, причем выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого, второго,

.третьего и четвертого дополнительных перемножителей, трингщцатыЯ дополнительный перемножитель, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора, десятый дополнительный сумматор, второй накопитель, второй блок деления включены последовательно, причем выход второго блока деления соединен с вторыми входами пятого, шестого, седьмого и восьмого дополнительных перемножителей, выход четырнадцатого дополнительного перемножителя подключен к второму

входу десятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом третьей дополнительной линии задержки и с первЫм входом первого сумматора, выход пятнадцатого дополнительного перемножителя подключен к второму входу девятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом четвертой дополнительной линии .задержки и с первым входом третьего дополнительного сумматора, выход первого накопителя через первый квадратор соединен с первым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход второго накопителя через второй квадратор с вуорым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к вторым входам первого и второго блоков- деления и к первому входу третьего блока деления выход третьей дополнительной линии задержки соединен с вторыми входами двенадцатого и тринадцатого дополнительных перемножителей и через третий квадратор с первым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход четвертой дополнительной линии задержки соединен через инвертор с вторыми входами четырнадцатого и пятнадцатого дополнительных пе:ремножителей. и через четвертый квадратор с вторым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход которого через последовательно соединенные третий накопитель, третий блок деления и формирователь адреса подключен к входу ПЗУ.

АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержа114ий последовательно включенные первый сумматор, первый вход которого является первым входом устрюйства, а второй вход соединен с выходом первого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго перемножителя, последовательно включенные третий сумматор и вторую линию задержки, последовательно включенные четвертый сумматор, первый вход которого объединен с первым входом третьего перемножителя, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а выход с первыми входс1ми первого и второго перемножителей, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), первый, ; второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого, второго и третьего перемножителей, отличающийс я тем, что, с целью повьииения : , эффективности выделения сигналов на фоне помех с неизвестной степенью корреляхдаи и неизвестной допплеровскойфазой, в него введены дополнительные сумматоры, дополнительные перемножители, дополнительные линиизадержки, дополнительный ключ, накопители, квадраторы, блок извлечения квадратного корня, блоки деления и формирователь адреса, при этом первый дополнительный перемножитель и первый дополнительный сумматор включены последовательно между выходом первой линии задержки и вторым входом второго сумматора, выход которрго соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьего перемножителя, второй дополнительный перемножитель и второй дополни.тельный сумматор включены последовательно -между выходом второй линии задержки и вторым входом четвертого сумматора, третий дополнительный сумматор, первый вход которого является вторым входом устройства, первая доповнительная линия задержки, третий дополнительный перемножитель, (Л четвертый дополнительный сумматор, пятый дополнительный сумматор, шестой дополнительный сумматор, вторая дополнительная линия задержки, четвертый дополнительный перемножитель, седьмой дополнительный сумматор, восьмой дополнительный сумматор и дополнительный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом бло-. ка управления, включены последова-, N(;i тельно, пятый дополнительный Тперем ND ножитель включен между выходом первой линии задержки, и вторым входом четвертого дополнительного суммато- О) ра, шестЬй дополнительный перемнооо житель включен между выходом первой дополнительной линии задержки и вторым входом первого дополнительного сумматора, седьмой дополнительный перемножитель, включен между выходом второй линии задержки и вторым входом седьмого дополнительного сумматора, восьмой дополнительный перемножитель включен между выходом второй дополнительной линиизадержки и вторым входом второго дополнительного сумматора, между выходом дополнительного ключа и вторым входом третьего доволнительного сумматора

1

Изобретение относится к радио.технике и может быть использовано в радиоприемных устройсгвах когерентной обработки сигналов на фоне коррелированных помех.

Известен рекурсивный фильтр, содержащий синхронизатор, блок управления, первый и второй блоки памяти весовых козффициентов, первый, второй, третий, четвертый и пятый весовые блоки, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй блоки задержки, а каждый весовой блок состоит из регистра числа и перемножителя. Длительность переходных процессов в этом фильтре небольшая, и уже при объеме выборки п 5 практически достигается установ.ившийся режим 1..

Однако в условиях нестационарных помех эффективность указанного фильтра достигается недостаточно высокой, а при значительных допплеровских

фазовых сдвигах спектра флюктуации помехи фильтр не эффективен. Кроме того,в процессе установления режима в нерекурсивной его части на выход фильтра поступают нескомпенсированные выборки помехи, повкаиающие вероятность ложных тревог.

Известен рекурсивный фильтр, .содержащий первый, второй, третий и четвертый сумма торы, первую и вторую

линии задержки, первый, второй и третий парамиожители, ключ, блок управления и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 21.

Известный фильтр обладает небольмой длительностью переходного процесса, что позволяет уже при объеме выборки N / 5 практически достигать установившегося режима, однако в условиях помех с априорно неизвестными и изменяющимися корреляционными свойствами эффективность данного фильтра оказывается невысокой, а при значительных допплеровских- фазовых сдвигах спектра флюктуации помех спектральные составляющие попадают в полосу пропускания фильтра и маскируют полезные сигналы.

Цель изобретения - повышение эффективности выделения сигналов на фоне помех с неизвестной степенью корреляции и неизвестной допплеровской фазой,.

Для достижения цели в адаптивный фильтр, содержащий последовательно включенные первый сумматор,первый вход которого является первым входом устройства, а второй вход соединен с выходом первого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен .с выходом второго перемножителя, последовательно включен.ные третий сумматор и вторую линию задержки, последовательно включенные четвертый сумматор, .первый вход которого объединен с первым входом третьего перемножителя, ключ, управляю:щий вход которого соединен с выходом блока управления, а выход - с первыми входами первого и второго перемиожителей, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), первый, второй и третий выходы которого соединены с вторыми входс1ми соответственно первого/ второго и третьего перемножителей, введены дополнительные сумматоры, дополнительные перемножители, дополнительные линии задержки, дополиительный ключ, накопители, квадраторы, блок извлечения квадратного корня, блоки деления и формирователь адреса, при этом первый дополнительный, перемножитель и первый дополнительный сумматор включены последовательно между выходом первой линии задержки и вторым входом второго сумматора, выход которого сое динен с первым входом третьего сумматора/ второй вход которого подключей к выходу третьего перемножитепя второй дополнительный переМножитель Н второй дополнительный сумматор включены последовательно между выходом второй линии задержки и вторым входом четвертого сумматора, третий дополнительный сумматор, первый Bxojit которого является вторым входом уст ройства/ первая дополнительная линий задержки/ третий дополнительный перемножитель/ четвертый дополнительный сумматор/ пятый дополнительный . су|Ф1атор/ шестой дополнительный сумматор/ вторая дополнительная линия

задержки,четвертый дополнительный перемножитель, седьмой дополнительный сумматор, восьмой дополнительный сумматор и дополнительный ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления/ включены

I последовательно, пятый дополнительны перемножитель включен между выходом первой линии задержки и вторым входо четвертого дополнительного сумматора, шестой дополнительный перемножитель включен между выходом первой дополнительной линии задержки и вто.рым входом первого дополнительного сумматора, седьмой дополнительный перемножитель, включен между выходом второй линии задержки и вторым входо седьмого дополнительного сумматора, восьмой дополнительный перемножитель включен между выходом второй дополнительной линии задержки и вторым входом второго дополнительного сумматора, между выходом дополнительного ключа и вторым входом третьего дополнительного .сумматора включен девятый дополнительный перемножитель второй вход которого соединен с первым выходом ПЗУ, между выходом дополнительного ключа и вторым входом пятого дополнительного сумматора включен десятый дополнительный пёремножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом ПЗУ/ к второму входу шестого дополнительного сумматора подключен выход одиннадцатого дополнительного перемножителя, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора и с вторым входом восьмого дополнительного сумматора, а второй вход соединен с третьим- выходом ПЗУ двенадцатый дополнительный перемножитель, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора и .вторым входом третьего перемножителя, девятый дополнительный сумматор, первый, накопитель и первый блок деления включены последовательно, причем выход первого блока деления соединен с вторыми входами первого, второго, третьего и четвертого Дополнительных перемножителей/ тринадцатый дополнительный перемножитель , первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора/ десятый дополнительный сумматор/ второй накопитель, второй блок деления включены последовательно, причем выход второго блока деления соединен с вторыми входами Пятого/ шестого/ седьмого и восьмого дополнительных перемножителей, выход четырнадцатого дoпoлt нитвльного перемножителя подключен к второму входу десятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом третьей дополнительной линии задержки и с первым входом первого сумматора, выход пятнадцатого дополнительного перемножителя подключен к второму входу де вятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом четвертой дополнительной линии ::задержки и с первым входом треЛего дополнительного сумматора, выход пе вого накопителя через первый квадратор соединен с первым входом один надцатого дополнительного сумма,тора выход второго накопителя через второй квадратор - с вторым входом одиннадцатого, дополнительного сумма тора, выход-которого через блок изв лечения квадратного корня подключе к вторым входам первого и второго блоков деления и к первому входу третьего блока деления, выход треть ей дополнительной линии задержки соединен с вторыми входами двенадцатого и тринадцатого дополнительны перемножителей и через третий квадратор с первым входом двенадцатого дополнительного суммат.ора, выход четвертой дополнительной линии задержки соединен через инвертор с вторыми входами четырнадцатого и пя надцатого дополнительных перемножителей и через четвертый квадратор с вторым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход которого через последовательно соединенны третий накопитель, третий блок деле ния и формирователь адреса подключе ко входу ПЗУ. На чертеже представлена структур ная схема предлагаемого адаптивного фильтра. Адаптивный фильтр содержит сумма торы 1 - 4, дополнительные сумматоры 5 - 16, перемножители 17, 18 и 19, дополнительные перемножители 20 - 34, линии 35 i 36 задержки,, дополнительные линии- 37-40 задерж ки, ключ 4, дополнительный ключ 42 накопители 43, 44 и 45, квадраторы 46 - 49, блок 50 извлечения квадрат ного корня, блоки 51 - 53 деления, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 54, формирователь 55 адреса, инвертор 56, блок 57 управления, состоящий из опорного генератора 58 делителей 59 и 60 частоты, счетчика 61 импульсов, дешифратора 62, тригг ра 63, накопитель 43 (44, 45) содер жит (к-1) элемент задержки и сумматор входов. Адаптивный фильтр работает следующим образом. При совпадении положения антенкромкой облака пасного луча с сивных помех комплексные отсчеты первого и второго Отраженных импуль сов поступают на входы адаптивного фильтра. В течение времени Т ключи 41 и 42 разомкнуты, сигнал на выходе фильтра отсутствует, а входные величины записываются в линиях 35 - 37 задержки. Начиная с третьего шага обрабатываемой пачки, блок 57 управления вырабатывает активный потенциал, замыка1ощий вход и выход ключей 41 и 42. К этому времени на выходах сумматоров 4 и 12 образуются величины декоррелированных остатков помехи, соответствующие-выходной величине нерекурсивного фильтра 2-го порядка . Поступление скомпенсированной величины в обратные, связи на перемножители 1.7, 18, 28 и 29 приводит к дополнительной компенсации помехи на последующих шаГах выбррки. При дальнейшей обработке поступающей последовательности в образовании сумм величин на выходах сумматоров 4 и 12 участвуют величины, прошедшие предварительную обработку в сумматорах 1и7, 2 и 9, Зи10,в сумматорах 5 и 8 и перемножителях 20, 22, 24 и 25, в сумматорах 6, 11 и в перемножителях 21, 23, 26и27и взвешенные в перемножителях 17 и 28, 18 и 29, 19 и 30. Одновременно с поступлением в сумматоры 1и7, ЗиЮ,. 4 к 12 комплексные отсчеты отраженной последовательности поступают на линии 39 и 40 задержки, перемножителя 31г3.4. Обычно, ввиду значительного прё- , вышения мощности помехи над мощност ю сигнала цепи эта последовательность практически представлена только помехой , а ее комплексные проекции равны V,, х + iy. -Uj expf-(V-f %) ,где tf - допплеровский сдвиг, фазы помехи за период повторения. Тогда на выг ходах блоков 51 и 52 деления определяется оценка комплексной величины eiV , а на выходе блока 53 деления оценка модуля коэффициента междупериодной корреляции р помехи. При этом на выходах сумматоров 13 и 14 образуются произведения VyLjU, где операцию комплексного сопряжения задержанных в линиях 39 и 40 задержки величин осуществляет инвертор 56, меняющий знак проекций -ij на противоположный. Комплексные проекции произведений усредняются в стробе по 1с элементам дальности в накопителях 43 и 44, а объем о9учающей выборки k выбирается исходя из необходимой точнос.ти оценки : е и р , обеспечиваннцей требуемую эффективность подавления помех. Блоки 46, 47 и 15 вычисляют квадрат модуля комплексной величины, в блоке 50 вычисляется квгщратный корень поступающих на него величин, определяется г . J. .л: одуль- 2 V ..V - ,после чего ( М J , на выходах блоков 51 и 52 деления образуется величина , /; 1с V , ,,e После вычисления квадрата модуля в квадраторах 48 и 49 и сумматора 16 и накопления в накопителе 45 величин образуется сумма ) На выходе блока 53 деления вычисляется оценка :. riv V еГ1 J-i.e j,e Таким образом, осуществляется поворот фазы выходных комплексных величин линий 35 - задержки на угол, равный оценке допплёровской фазы выборки помехи Q , в результат выборка помехи попадает в зону режекции характеристики, фильтра. Значение оценки р участвует в формиро.вании команды адреса,.вырабатываемо формирователем 55 адреса для управления ПЗУ 54. По этой команде в ПЗУ 54 выбираются те группы из трех пре варительно рассчитанных весовых коэ фициентов для взвешивания комплексных величин в перемножителях 17 - 1 и 28 - 30, которы:е обеспечивают наилучшее выделение сигналов цепей на фоне помех с определенными корре ляционными свойствами. Синхронную работу, во времени блоков адаптивног фильтра и узлов системы в целом (не показаны) осуществляет блок 57 управления..Другая его функция состоит в том, чтобы сформировать сигнал управления ключами 41 и 42. Опо ный генератор 58 вырабатывает непре рывную посл едовательность синхроимпульсов 632 с периодом Т, обеспечивающих считыва.ние информации в лини задержки 35 - 40, в накопителях 43 45 и ПЗУ 54 на каждом из Ц элементов разрешения по дальности. На выходе первого делителя 59 частоты образуется посУледовательность импул сов с периодом , определяющим частоту излучения. Во втором делите ле 60 частоты происходит понижение частоты до значения- . На выхолах дешифратору 62 в соответствии со значением кода числа импульсов,поступающих на. информационный вход счетчика 61, появляются единичные потенциалы. На третьем.шаге последоватедьности потенциал с первого выхода дешифратора 62 переводит триггер 63 из. нулевого в единичное состояние,, которое остается неизменным ДО момента врем.ени NTn( число импульсов в -пачке зондирующего-сиг- нала), когда со второго выхода дешифратора 62 появляется потенциал, обнуляющий .триггер 63. Причем число разрядов М счетчика 61 определяется .значением N . Эффективность предложенного фильтра характеризуется коэффициентом улучшения отношения сигнал/(помеха+ шум) ... -, ,х/%х Чс/ К+)0. где G - N - мерный вектор-столбец коэффициентов импульсной характеристики фильтра; с ме.рные корреляционные матрицы сигнала и помехи соответственно; мерная единичная матрица; вых%х отношениеч сигнал/(помеха+ шум) на выходе фильтра и на входе. Группы весовых коэффициентов Ъ Ь-,, а (соответственно первый, второй и третий выходы ПЗУ 54) рассчитываются из условия максимизации коэффициента улучшения в диапазов-е одно,значн«го изменения допплёровской фазы сигнала и записываются по соответствующему адресу матрицы ПЗУ 54. Таким образом, -предлагаемый адаптивный фильтр существенно повышает . эффективность выделения сигнгшов по сравнению с прототипом на фоне помех с неизвестной степенью корреляции и неизвестной допплеровский фазой.