Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов Советский патент 1984 года по МПК G06F17/15 

11 Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для взаимно корреляционной обработки в реальном масштабе времени излучаемог сигнала и эхо-сигнала, имеющих допплеровское смещение частот. Известен коррелятор, в котором ис пользуются два блока задержки, арифметическое и управляющее устройства, позволяющий производить взаимно корре ляционную обработку сигналов C-1J. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является циф ровой коррелятор для обнаружения эхосигналов, содержащий два блока задержки сигналов, арифметический блок блок управления и накапливающий сум-, матор .22. Недостатком известного цифрового коррелятора является отсутствие возможности обработки эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частот. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения обработки сигналов с допплеровским смещением частот. Указанная цель достигается тем, что в цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов, содержащий пер

вьм и второй блоки задержки, арифметический блок, блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и подключен к управляющим входам первого и втррого блоков задержки, введены первый и второй преобразователи аналог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу j третьего счетчика блока управления,

вход которого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блока управления, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, информационный вход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блока задержки, информационный вход которого подключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналог-код, информационный вход которого являетУстройство (фиг.1) содержит первый преобразователь 1 аналог-код, первый 2, второй 3 и третий 4 блоки задержки, коммутатор 5, арифметический блок 6, второй преобразователь 7 аналог-код, ключ 8 и блок 9 управления.

Блок 9 управления (фиг.2) содержит генератор 10 тактовых импульсов, первый 11, второй 12 и третий 13 счетчики, триггер 14 и ключ 15.

Арифметический блок 6 состоит из накапливающего сумматора и узла умножения, входы которого являются

соединен с информационным входом накапливающего сумматора, управляющий вход которого является управляющим входом блока, а выход накапливакщего сумматора является выходом блока.

Цифровой коррелятор работает следующим образом.

Устройство содержит два канала. В первом канале записывается излучаемый с частотой f сигнал, сжимается во времени с коэффициентом сжатия К и сжатая копия многократно воспроиз5ся первым входом коррелятора, информационный вход первого преобразова- . теля аналог-код является вторым входом коррелятора, а управляющий вход первого преобразователя аналог-код подключен к выходу ключа блока управления, выход первого преобразователя аналог-код соединен с выходом коммутатора и информационным входом первого блока задержки, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, вторым информационным входом арифметического блока и информационным входом третьего блока задержки,управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, выход третьего блока задержки соединен с вторым информационным входом коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу триггера блока управления, управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления. На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока управления, на фиг.З временные диаграммы работы устройства. соответствукицими информационными входами блока, выход узла умножения водится на йыходе этого канала. Второй канал обеспечивает запись принимаемого сигнала, имеющего частоту .ft-AJP , где д - допплеровское приращение частоты, сжатие во времени с коэффициентом сжатия К2, обновление .сжатой копии реализации принимаемого сигнала, сдвиг ее во времени с задан ным шагом относительно сжатой копии излучаемого сигнала. Точное измерени взаимно корреляционной функции между излучаемым и принимаемым сигналами возможно при выполнении условия KI{ К2(+л) или, учитывая, что Кх-К1 л а ()К2( + л), то условие имеет вид /s.Kf &f-K2 . Выбором величины коэффициента сжа тия в первом канале К обеспечивается компенсация допплеровского смещения частоты принимаемого сигнала. Рассмотрим работу первого канала. .Излучаемый сигнал в аналоговом виде поступает на вход излучае.мого сигнала коррелятора и далее на информационный вход первого преобразователя 1аналог-код. На его управляюпщй вход с выхода ключа 15 блока .9 управления подается последовательность прямоугольных управляющих импульсов с периодом Т . С приходом управляющего импульса производится выборка излучаембго сигнала (фиг.3,а) которая преобразуется в параллельный двоичнЁй цифровой код и далее следует на информационный вход первого блока 2 задержки. Этот блок задержки может быть выполнен, например, с использованием сдвиговых регистров. В первом блоке 2 задержки может быть записано выборок излучаемого сигнала. На управляющий вход первого бло ка 2 задержки с выхода генератора 10 тактовЬк импульсов блока 9 управлени поступает последовательность прямоугольных импульсов с периодом -t (фиг,3,сГ), которая обеспечивает сдви записанной выборки. С выхода первого блока 2 задержки выборка, задержанна на время Wt , следует на информацион ньй вход третьего блока 4 задержки, соответствующий информационньм вход арифметического блока и.первый инфор мационньй вход коммутатора 5. Блок 4 задержки может быть выполнен на том же принципе, -что и блик 2 задержки, однаков нем может быть записано М выборок, причем . На управляющий вход третьего блока 4 задержки подаются с выхода генератора тактовых импульсов блока 9 управления управляющие импульсы. С выхода третьего блока 4 задержки выборка, задержанная на время Mt, поступает на второй информационный вход коммутатора 5 и с его выхода следует на информационный вход первого блока 2 задержки, .-Далее происходит циркуляция записанной выборки по цепи, состоящей из блбков 2, 4 и 5. Период циркуляции выборки равен ( . Период взятия выборок выбирается равным (Ы-t-M--I) . В результате этого после каждой циркуляции с опережением на время i ранее записанной выборки будет записана новая выборка (фиг.З,Ь). При этом обеспечивается запись и сжатие во времени излучаемого сигнала. Коэффциент сжатия равен Ki Ti/-t. Изменяя величину времени задержки третьего блока 4 задержки и соответственно период взятия выборок (период следования импульсов на выходе генератора 10 тактовых импульсов блока 9 управления), можно изменять коэффициент сжатия излучаемого сигнала. После того, как в первом канале записано Ы выборок, с выхода триггера 14 блока 9 управления поступает напряжение, под действием которого коммутатор 5 переключается и отключает второй информационный вход от выхода . Вместо него коммутатор 5 подключает к своему выходу выход первого блока 2 задержки. При этом записанная в первом канале реализация излучаемого сигнала циркулирует по цепи, состоящей из блоков 2 и 5 с периодом Nt (фиг.3,г), многократно поступая на соответствующий информационный вход арифметического блока 6 с выхода первого блока 2 задержки. Рассмотрим работу второго канала. Сигнал с выхода приемника эхо-сигналов подается на вход принимаемого сигнала коррелятора и поступает на информационный вход второго преобразователя 7 аналог-код. На его управляющий вход поступают управляющие прямоугольные импульсы с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления с периодом следования .С приходом управляющего импульса производится выборка принимаемого сигнала (фиг.3,с5), которая преобразуется в S11 цифровой параллельный двоичный код и поступает во второй блок 3 задержки, подобный первому блоку 2 задержки, но отличакицийся тем, что в нем может быть записана ((«-t) выборка сигнала. Выборка с выхода второго преобразователя 7 аналог-код задерживается во втором блоке 3 задержки на время ( и через отпертый ключ 8 вновь поступ ает на вход блока 3 задержки. Так как импульсы с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления следуют с периодом Nt , а период циркуляции равен «(viHVt , то каждая последующая выборка записывается во второй блок 3 задержки после циркуляции предыдущей с опережением ее на время t (фиг.3,е). При этом , происходит запись принимаемого сигна ла и сжатие его во времени с коэффициентом сжатия . После запол нения второго блока 3 задержки (М-ь) выборками цепь циркуляции для самой старой выборки разрывается, так как в момент ее прихода на управляющий вход ключа 8 поступает с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления импульс, запирающий ключ 8. На место исключенной из записанной реализации выборки записывается новая, благодаря чему обеспечивается обновление записаннойреализации на одну выборку после каждой изнркуляции. Процесс записи, сжатия во времени и обновления записанной реализации может производиться неограниченно долго, что обеспечивает взаимно корреляционную обработку излучаемого сигнала и эхо-сигнала с неизвестным моментом прихода. С выхода второго блока 3 задержки сжатые копии принимаемого сигнала подаются на другой информационный вход арифметического блока 6. Этот блок выполняет попарное перемножение выборок с выходов первого и второго каналов по мере их поступления и накопление произведений. На управляющий вход арифметического блока 6 поступа ют импульсы с выхода первого счетчи,, п « « ка 11 блока 9 управления для обнуления накапливающего сумматора после каяодой циркуляции записанных сигналов. Таким образом, за время одной циркуляции вычисляется один отсчет взаимно корреляционной функции. Взаимный сдвиг реализаций излучаемого сигнала и эхо-сигнала обеспечивается за счет того, что период циркул 5 ляции реализации излучаемого сигнала равен Nti , а принимаемого сигнала (Ы-иУЬ .После каждой циркуляции и сдвига принимаемого сигнала на время f относительно излучаемого вычисляется очередной отсчет взаимно корреляционной функции, С приходом эхосигнала на вход принимаемого сигнала цифрового коррелятора вследствие компенсации допплеровского смещения путем выбора соответствующего коэффициента сжатия излучаемого сигнала на выходе цифрового коррелятора формируется максимум взаимно корреляционной функции, Рассмотрим работу блока 9 управления. Генератор 19 тактовых импульсов,: стабилизированный кварцем, вырабатывает последовательность прямоугольных управляющих импульсов с периодом t (фиг.3,«). Эти импульсы поступают на управляющие входы блоков 2-4 задержки. Кроме того, они подаются на вход первого счетчика 11 и второго счетчика 12, имеющего цикл счета ) . С выхода второго счетчика 12 импульсы с периодом следования (N- -M-1)t через отпертый ключ 15 следуют на управляющий вход первого преобразователя 1 аналог-код. Импульсы с выхода второго счетчика 12, кроме того, следуют на вход третьего счетчика 13, имеющего цикл счета V4 . После отсчета (Ч импульсов с выхода второго счетчика 12 третий счетчик 13 формирует импульс, поступающий на триггер 14. В исходном состоянии напряжение на выходе триггера 14 упт. равляет коммутатором 5 так, что в первом канале цифрового коррелятора в цепь циркуляции излучаемого сигнала включен третий блок 4 задержки. С приходом на триггер 14 импульса триггер меняет устойчивое состояние и при этом на его выход поступает напряжение, переключающее коммутатор 5. В результате этого третий блок 4 задержки исключается из цепи циркуляции излучаемого сигнала. Кроме . того, напряжение с выхода триггера 14 ,с .. . ..„.„. чс запирает ключ 15 и с выхода ключа 15 блока 9 управлений прекращается подача импульсов на первый преобразователь 1 аналог-код, что исключает наложение новых выборок на записанную копию излучаемого сигнала. Для выполнения измерений при неизвестном допплеровском смещении частоты эхо-сигнала необходимо третий блок 4 задержки вьшолнятЬ с коммутируемым временем задержки, например, используя многоотводные регистры и коммутируя отводы. Кроме того, необходимо второй счетчик 12 блока 9 управления также .выполнять с коммутируемым циклом счета. При каждой коммутации в обоих устройствах iдолжно одинаково изменяться число М, :что приводит к изменению коэффициента сжатия и соответствзпощему изменению величины компенсируеь ого допплеровского смещения частоты эхо-сигнала .

Таким образом, если величина допплеровского смещения частоты эхо-сигнала неизвестна, необходимо после очередного излучения произвести перезапись излучаемого сигнала с новым коэффициентом сжатия Ку| и изменять

величину коэффициента до тех пор, пока на выходе цифрового коррелятора не будет получен максимум взаимно корреляционной функции.

Использование дополнительных узлов и новых функциональных связей выгодно отличает предлагаемое ус тройство от известного, так как в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность взаимно ко11)реляционной обрабо -ки излуча мого сигнала и эхо-сигнала с допплеровским сдвигом частоты. Новое качество устройства существенно расширяет функциональные возможности изобретения вследствие возможности обработки сигналов при относительном перемещении излучателя и приёмника сигналов, а также в условиях подвижной среды, по которой передается сигнал.

Щ1ФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛОВ,содержащий первый и второй блоки задержки,ариф-метический блок, блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и подключен к управляющим входам первого и второго блоков задержки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения обработки сигналов с допплеровским смещением частот, в него введены первый и второй преобразователи аналог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу третьего счетчика блока управления, вход кото-рого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блока управления, вход которого подключен к -выходу генератора тактовых импульсов блока управления, информационный вход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блока задержки, информационный вход которого подключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналог код, информационный вход которого является первым входом коррелятора, д информационный вход первого прербразователя аналог-код являетсявторым входом (Л коррелятора, а управляющий вход первого преобразователя налог-код подключен к выходу ключа блока управления, выход первого преобразователя аналог-код соединен с выходом комму- ; татора и информационным входом первого блока задержки, выход которого соединен с первым -информационным входом коммутатора, вторьм информационным входом арифметического блока и 00 информационным входом третьего блока ел задержки, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, выход третьего блока задержки соединен . с вторым информационным входом коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу триггера блока управления, управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления.

Фиг.1

/

/

11

I

10

io

м