Дискретный согласованный фильтр Советский патент 1987 года по МПК H03H17/00 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов, задаваемых цифровым кодом.

Цель изобретения - повьппение точности фильтрации.

На чертеже представлена структурная электрическая схема дискретного согласованного фильтра.

Дискретный согласованный фильтр содержит первый блок 1 прямого дискретного преобразования Фурье (ПДПФ 2N квадраторов (2-1)-(2-2N), 2N элементов (3-l)-(3-2Nj задержки, 2N ,.бинарных квантователей (4-1) -(4-2Н), 2N умножителей (5-l)-(5-2N) действительных чисел, 2N переключателей (6-1)-(6-2N), N умножителей (7-1)- (7-N) комплексных чисел, блок 8 об- ратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), второй блок 9 ПДПФ, 2N блоков (10-1)-(10-2N) вычисления модуля числа, с умматор 11, пороговый элемент 12, расширитель 13 импуль- сов.

Дискретный согласованней фильтр работает следующим образом,

Выборки {х(п) входного сигнала объемом N поступают на первьй блок 1 ПДПФ, осуществляюпщй прямое дискретное преобразование Фурье в соответствии с выражением

X(K)A(K)+jB(K) i:x(n) пчО

где ,1,.,.,N-1;

А(К), Б(К) - действительная н

мнимая составляющие спектрального коэффициента входного сигнала Х(к), поступающие на входы соотззетствующих 2N квадраторов (2-1)- X2-2N-) и 2N элементов (3-1)-(3-2Н).задержки.

Задержанные в элементах (3-1)- (3-2N) задержки на время t,. составляющие А(К) и В(к) поступают на входы соответствующих 2N блоков (4-l)-(4-2N) бинарного квантования сигнала. Квантование производится по правилу

AjK)signA(K) j

1 , если А(К) / 0; 1, если А(К) 0;

BjK).signB(K)f I pjljr n , если В(К : 0.

Второй блок 9 ПДПФ, выполняемый аналогично первому блоку 1, вычисляет спектральные коэффициентьг импульсной характеристики (дискретную передаточную функцию) фильтра в соответствии с выражением

H(K)C(K)-(-jD(K)i: g(n)

где ,,...,N-1;

g(n) - отсчеты импульсной характеристики фильтра;

C(K),D(K) действительная и мнимая составляющие спектральных коэффициентов импульсной характеристики фильтра.

Блоки ( 10-1 )-( liO-2N) вычисляют модули действительных и мнимых компонентов спектральных коэффициентов импульсной характеристики в соответствии с выражениями

Р(К)/С(К)/; F(K)-/D(K)/.

Умножители (5-l)-(5-2N) действительных чисел вьшолняют операцию умножения действительных чисел в соответствии с формулами

35

n(K)AjK)-P(K):, T(K)BjK)-F(K).

Возведенные в квадрат значения составляющих А(К) и В(К) с-выходов 2N квадраторов (2-l)-(2-2W) суммиру- ются в сумматоре 1 1 . Полученная сумN-1

ма S Z А(К)+В(К) численно рав-

на энергии наблюдаемой выборки вход- ного воздействия о В пороговом элементе 2 происходит сравнение S с заданным пороговым напряжением. Величина порогового напряжения устанавливается такой, что во всем диапа- зоне изменения уровня полезного сигнала срабатывание порогового элемента не происходит, а при частичном наложении на полезкьш сигнал сильного мешающего сигнагш фиксируется об- наружение мощного процесса (, пор)- Под сильным понимается сигнал, маски- руюБЩй слабый полезный сигнал в линейном дискретном согласованном фильтре. Величина и пор определяется виом сигнала и его базой (длительнотью) N.

При обнаружении мощного процесса а выходе порогового элемента обрауется короткий импульс, который пребразуется в расширителе 13 импульсов в прямоугольный импульс, длительость которого удовлетворяет усовию

где Т - интервал дискретизации входного сигнала.

При поступлении этого импульса на управляющие входь 2N переключателей (6-1)-(б-2Н) происходит подключение к каждой паре входов умножителей (7-l)-(7-N) комплексных чисел выходов соответствующих умножителей (5-l)-(5-2N) действительных чисел. При отсутствии импульса с выхода расширителя импульсов (S ) в каждой паре входов умножителя комплексных сигналов подключаются выходы соответствующих 2N элементов (3-1)- (3-2N) .задержки, и фильтр работает как линейньш дискретный согласованный фильтр.

Умножители (7-1)-(7-N).комплексных чисел вычисляют спектральные ко- эффициенты выходного сигнала фильтра (K)L(K)jR(K) ,

где L(K),K(K) - действительная и мнимая составляющие У(К). При обнаружении мощного процесса

на входе фильтра ( Upcp )

y(K)(n(K)+jT(K)(C(K)+jD(K)) (signA(K)- С(К) +jsignB(K)x /|D(K)| )(C(K)+JD(K)).

При отсутствии мощного процесса

на входе фильтра (S U „ор )

y(K)(A(K)+jB(K))(c(K)+jD(K)).

Блок 8 ОДПФ вычисляет выходной сигнал дискретного согласованного фильтра на основе соотношения

N-1Т, У(К)е

КгО

jiTJKn/N

Постоянная задержка отклика фильтра У(п) на величину tj , вызванная наличием элементов (3-1)-(3-2N), задержки, является систематической ошибкой измерения времени прихода сигнала и может быть легко учтена при дальнейшей обработке.

5

0

5

0

не является

пер

то

Пусть на вход первого блока 1 поступает одиночный сигнал х(п) , совпадающий по форме с опорным сигналом хд„(п) , т.е.

х(п)а.х„(п). При этом X(K)a-XjK),

где Xon(K)-AjK)+jBjK); А(К));

В(К)аВ,„(к). Если сигнал х(п)} мощным процессом (S ; U

y(K)a(A,,(K)+jBjK))(c(K)+jD(K))/

Учитывая, что при согласованной фильтрации спектр импульсной характеристики Н(К) комплексно сопряжен спектру опорного сигнала ), Последнее соотношение приводится к ви- ДУ

y(K)a(A,n(K)+jBcn(K))(AjK)- ))а(АУк)+В,Ук)).

Тогда y(n)aKjn) ,

где К (п) - отсчеты автокорреляционной функции опорного сигнала.

Следовательно, в указанной ситуации фршьтр работает как линейный дискретный согласованный фильтр.

35

40

При воздействии на вход фильтра аддитивной смеси сигнала и некоррелированного гауссовского шума, удовлетворяющей прежнему условию (S ), дискретный согласованный фильтр вычисляет функцию взаимной корреляции входного воздействия и опорного сигнала и обеспечивает оптимальное выделение сигнала на фоне .шума при его использова1щи в устрой- 45 стве обнаружения, т.е. обеспечивает минимальный пороговый сигнал при заданных характеристиках обнарз жения,

Формула изобретения

50

Дискретный согласованный фильтр, содержащий первьй блок прямого дискретного преобразования Фурье, вход которого является сигнальным входом

55 дискретного согласованного фильтра, 2N блоков бинарного квантования, выходы которых соединены с первыми входами 2N соответствующих умножителей действительных чисел, второй блок

прямого дискретного преобразования Фурье, вход которого является входом отсчетов импульсной характеристики дискретного согласованного фильтра, N умножителей комплексньк чисел,, пер- вьш и второй входы каждого из которых соединены с соответствующими выходами второго блока прямого дискретного преобразования Фурье} блок обратного дискретного преобразования Фурье, выход которого является выходом дискретного согласованного фильтра, а 2N входов соединены с выходами соответствующих умножителей комплексных чисел, 2N блоков вычисления

модуля числа, включенных между соответствующими выходами второго блока прямого дискретного преобразования Фурье и вторыми входами соответствующих умножителей действительных чисел, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены 2N элементов задержки, включенных между соответст5

10

43548

вующими выходами первого блока прямого дискретного преобразования Фурье и входами соответствующих блоков бинарного квантования, 2М переключателей, первые информационные входы которых соединены с выходами соответствующих элементов задержки, вторые информационные входы соединены с выходами соответствующих умножителей действительных чисел, а выходы 2i-ro и (21-1)-го переключателей, где ,2,, ,.«5 N соединены с третьим и четвертым входами соответ- ствуюп;его из N умножителей комплексных чисел, 2N квадраторов, входы которых подключены к соответствующим 2N выходам первого блока прямого дискретного преобразования Фурье, а также последовательно соединенные сумматор, 2N входов которого соединены с выходами 2К квадраторов, пороговый элемент и расширитель импульсов,выход которого соединен с управляюпдими входами 2N переключателей.

5

20

Составитель Э.Борисов Редактор И„Горная Техред М.Дидык

Заказ 4836/56 Тираж 901Подписное

ВНИИГШ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Рауп1ская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

КорректорА.Тяско

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьшение точности фильтрации. Фильтр содержит два блока прямого дискретного преобразования Фурье (БПДПФ), 2N квадраторов, 2N элементов задержки, 2N бинарных квантователей, 2N умножителей действительных чисел,2N переключателей, N умножителей комплексных чисел, блок обратного дискретного- преобразования Фурье, 2 блоков вычисления модуля числа, сумматор, пороговый элемент и расширитель импульсов. Один из БПДПФ определяет действительную и мнимую составляющие спектрального коэф. входного сигнала. Другой БПДПФ вычисляет действительную и мнимую составляющие спектральных коэф. импульсной х-ки фильтра. Путем суммирования определяется энергия наблюдаемой выборки входного воздействия, которая сравнивается с заданным пороговым напряжением. При отсутствии мощного прсщесса, возникающего из-за воздействия сильного мешающего сигнала, фильтр вычисляет функцию взаимной корреляции входного воздействия и опорного сигнала, вьщеляя сигнал на фоне шума. При обнаружении мощного процесса фильтр переходит на другой режим, переставая работать как линейный дискретный согласованный фильтр, 1 ил. (Л оо со сл 4 00