Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов Советский патент 1989 года по МПК G06F17/15 

фие.1

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для обнаружения в реальном масштабе времени эхо-сигналов, имеющих доппле- ровское смещение частоты.

Цель изобретения - повышение достоверности распознавания эхо-сигналов.

На фиг.1 изображена структурная схема цифрового коррелятора для обнаружения эхо-сигналов, на фиг.2 - структурная схема блока вычисления корреляционных коэффициентов.

Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов (фиг.1) содержит первый преобразователь 1 аналог - код первый элемент 2 задержки, преобразователь 3 код-аналог, второй преобразователь 4 аналог - код,блок 5 преобразования Фурье, ключ 6, блок 7 синхронизации, блок 8 формирования экспоненциальной последовательности, ,второй элемент 9 задержки, генератор 10 импульсов, первый 11 и второй 12 блоки памяти, N блоков 13 вычисления корреляционных коэффициентов, N компараторов 14, регистр 15 памяти, элемент ИЛИ 16.

Блок вычисления корреляционных коэффициентов (фиг.2) содержит с первого по шестой перемножители 17-22, первый 23 и второй 24 элементы вычитания, сумматор 25, первый 26 и второй 27 элементы памяти, первый 28 и второй 29 элементы задержки, накапливающий сумматор 30.

Коррелятор работает следующим образом.

В случае обнаружения отраженного эхо-сигнала в момент излучения зондирующего импульса s(t) на вход запуска блока 7 синхронизации поступает запускающий импульс. С этого момента на вход преобразователя 1 аналог - код начинает поступать входной сигнал x(t).Преобразователь 1 аналог - код в моменты поступления импульсов с второго выхода блока 7 формирует выборочные значения входного сигнала x(t). Очередное выборочное значение с выхода преобразователя 1 аналог-код поступает на вход элемента 2 задержки через интервалы времени Т. Это значение в процессе перемещения по регистру задерживается на время (К-1) Т и через нормально замкнутый ключ 6 вновь поступает на вход элемента задержки. В

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

результате через некоторое время элемент 2 задержки будет заполнен последовательностью из К-1 выборочных значений сигнала. В дальнейшем,после каждой циркуляции этих (К-1) значений с периодом (К-1)Т, через интервал Т появляется импульс на втором выходе блока 7 синхронизации, размыкает ключ 6, запрещая подачу на вход элемента 2 задержки первого из хранимых импульсов, вместо него с выхода преобразователя 1 поступает очередное выборочное значение. Таким образом, обеспечивается скользящая дискретизация входного сигнала и сжатие временного масштаба в К раз.

Объем К формируемой выборки выбирается таким образом, чтобы часть отсчетных значений, а именно К-Кф, могла содержать эхо-сигнал максимальной возможной длительности Тс (К-Кф) КТ, где (К-1)Т , время, требуемое на вычисление преобразования Фурье обрабатываемого сигнала без учета одного такта. При этом длительность каждой сжатой копии эхо-сигнала равна ( - 1) Т. Указанные соотношения необходимы для того, чтобы между моментом окончания предыдущей и моментом начала следующей копии эхо-сигнала оставался промежуток времени () Т, достаточный для вычисления преобразования Фурье экспоненциальной выборки очередной копии эхо-сигнала.

С выхода элемента 2 задержки выборочные значения поступают на вход преобразователя 3 код - аналог, который производит преобразование дискретной последовательности в аналоговый сигнал (сжатие копии входного сигнала). Причем каждая последующая копия отличается от предыдущей за счет обновления записанной последовательности на одно выборочное значение.

Эти копии эхо-сигналов поступают на информационный вход второго преобразователя 4 аналог - код, который должен обеспечить новую дискретизацию, с неравномерным шагом дискретизации, изменяющимся по экспоненциальному закону. Для этого на его вход управления подается экспоненциальная тактирующая последователь- .ность с блока 8, формирующего эту последовательность длительностью Тс. Запуск этого блока осуществляется

периодически импульсами с второго выхода блока 7 синхронизации.

Формируемая на выходе .второго преобразователя 4 аналог - код экспоненциальная выборка последовательно записывается во входной регистр блока 5 преобразования Фурье. Задержанный на время Те в элементе 9 задержки выходной импульс блока 7 синхронизации запускает процессор блока 5 преобразования Фурье и спустя период времени TfT4). в выходных регистрах блока 5 преобразования Фурье оказываются сформированными две последовательности из М+1 чисел - действительные av и мнимые bi части дискретного спектра Фурье экспоненциальной выборки. По отношению к исходному сигналу x(t) эти последовательности одновременно представляют собой комплексный спектр Меллина входного сигнала x(t). Обозначим его Мх(«Эр а; + ib; где 6Di - значения частот спектра Меллина, для которых вычислены значения ai, bj (j О,1,...,М).

Аналогичный спектр Меллина Ms(ti3{) с;.- + id; зондирующего сигнала s(t) может быть вычислен заранее. Значения с; записываются в блок Н памяти, a di - в блок 12.

Корреляционная функция сигналов s(t) и x(t) по Меллину может быть вычислена через спектры Меллина этих сигналов с помощью формулы

У0

р(Ј; JMX(CJ) MЈ6uj) , (1)

о

где V In t.

Особенностью 0(Ј) является то,что максимальное значение макс не зависит от масштабов сигналов, но положе.- ние этого максимума вдоль оси Ј смещается. Если x(t)s(t), то максимум в точке t 1. Если x(t)s(6t), где В - масштабный коэффициент, то максимум оказывается в точке Ј. 1+1пй. В связи с этим в устройстве в блоках 13 вычисления корреляционных коэффициентов предусмотрено вычисление р(П для N различных с небольшим шагом в пределах области 1+lnB ,... .. ., 1-1пЙ(И„К(.. i

Из-за дискретного представления спектров Меллина для частот ,... ,&Э интеграл (1) с точностью до коэффициента 4ь заменяется суммой ;.м

С MX(«J) м:ги,)е

-j;0 I Ъ I

где К 1,...,N.

17956

Кроме того, как показывает анализ

СВОЙСТВ ФУНКЦИЙ Mx(63j) И M(j),

p(t,o - чисто действительная функция, поэтому после подстановки выражений MI(WJ) и Mc,(«j) в виде сумм действительных и мнимых частей окончательно получаем, что для обнаружения сигнала s(Bt), замешанного в x(t) с Ю шумами, следует вычислять

м

(а;С - bsdj) costfjTK - - ( + ) sinojj . (2)

5

0

5

0

5

По импульсу с второго выхода блока 7 синхронизации (пока осуществляется накопление во входном регистре блока 5 преобразования Фурье очередной экспоненциальной выборки) запус-, кается генератор 10 импульсов, который своими импульсами осуществляет синхронное считывание значений а , bj, c, dj из выходных регистров блока 5 преобразования Фурье и из блоков 11 и 12 памяти. Считанные значения подаются на четыре информационных входа всех блоков 13 вычисления корреляционных коэффициентов. Каждый блок вычисляет (2) для своего значения 1Гк. Величины coster заносятся заранее в элемент 26 памяти (фиг.2), a siiKD.1 - в элемент 27. Перед началом вычислений все накапливающие сумматоры 30 обнуляются по сигналу с выхода элемента 9 задержки. Считывание данных из элементов 26 и 27 памяти, осуществляется управляющими импульсами с выхода генератора 10 импульсов, задержанными в элементе 28 задержки,на время срабатывания перемножителей 1.7-20, сумматора 25 и элемента 23 вычитания. Указанные элементы формируют величины в круглых скобках формулы (2). После умножения их на cos WJЈK и в перемно- жителях 21 и 22 и вычитания в элементе 24 они подаются в накапливающий сумматор 30. Сигнал на разрешение очередного сложения подается на вход синхронизации накапливающего сумматора 30 через элемент 29 задержки, учитывающий запаздывание появления сигналов на выходах элементов 21, 22 и 24.

После накопления выходной сигнал ° накапливающего сумматора 30 каждого блока 13 вычисления корреляционных коэффициентов сравнивается в компараторах 14 с уровнем порогового на0

5

0

пряжения, который занесен в регистр 15 памяти. В случае превышения порогового уровня в каком-либо компараторе на выходе элемента ИЛИ 16 появляется сигнал, информирующий об обнаружении отраженного эхо-сигнала. Величина порогового уровня либо определяется экспериментально, либо рассчитывается по какому-либо из известных критериев обнаружения, например, максимального правдоподобия.

Формула изобретения.

1. Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов, содержащий два преобразователя аналог-код, блок синхронизации, блок формирования экспоненциальной последовательности, ключ, два элемента задержки, преобразователь код - аналог и блок преобразования Фурье, причем информационный вход первого преобразователя аналог - код является входом эхо-сигнала коррелятора, а выход через монтажное ИЛИ подключен к информационному входу первого элемента задержки, вход синхронизации которого соединен с первым выходом блока синхронизации, выход первого элемента задержки подключен к информационному входу ключа и через преобразователь код- аналог к информационному входу второго преобразователя аналог - код,выход которого соединен с информационным входом блока преобразования Фурье, второй выход блока синхронизации соединен с входами синхронизации первого преобразователя аналог - код и второго элемента задержки, через блок формирования экспоненциальной последовательности с входом синхронизации второго преобразователя аналог - код, с управляющим входом ключа, выход которого через монтажное ИЛИ подключен к информационному входу первого элемента задержки, отличающий- с я тем, что, с целью повышения достоверности разпознавания эхо-сигналов, в него введены генератор импульсов, два блока памяти, N блоков вычисления корреляционных коэффициентов (N - количество разрешаемых ординат корреляционной функции), N компараторов, регистр памяти и элемент ИЛИ, причем второй выход блока синхронизации подключен к входу запуска генератора импульсов, выход

5

0

5

0

5

0

5

0

5

которого соединен с входами считывания первого и второго блоков памяти и с входами синхронизации блока преобразования Фурье и блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход второго элемента задержки подключен к входам сброса блоков вычисления корреляционных коэффициентов и входу запуска блока преобразования Фурье, выход операнда действительной части которого подключен к первым информационным входам блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход операнда мнимой части блока преобразования Фурье соединен с вторыми информационными входами блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход первого блока памяти соединен с третьими Информационными входами блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход второго блока памяти соединен с четвертыми информационными входами блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выходы которых подключены соответственно к первым информационным входам компараторов, вторые информационные входы которых соединены с выходом регистра памяти, выходы компараторов подключены соответственно к входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом коррелятора, а вход запуска блока синхронизации является входом запуска коррелятора.

2. Коррелятор по п.1, отличающийся тем, что блок вычисления корреляционных коэффициентов содержит шесть перемножителей, два элемента вычитания, два элемента задержки, два элемента памяти, сумматор и накапливающий сумматор, причем объединенные первые информационные входы первого и второго перемножителей являются первым информационным входом блока, объединенные первые информационные входы третьего и четвертого перемножителей являются вторым информационным входом блока,объединенные вторые информационные входы (второго и третьего перемножителей являются третьим информационным входом блока, объединенные вторые информационные входы первого и третьего перемножителей являются четвертым информационным входом блока, /выход первого перемножителя подключен к входу уменьшаемого первого элемента вычитания, вход вычитаемого которого

соединен с выходом третьего перемножителя, а выход подключен к первому входу пятого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого элемента памяти, выход пятого перемножителя подключен к входу уменьшаемого второго элемента вычитания, выход которого соединен.с информационным входом накапливающего сумматора, вход сброса которого является входом сброса блока, а выход является выходом блока, выход второго перёмножителя соединен с первым

го подключен к выходу четвертого перемножителя, выход сумматора соединен с первым входом шестого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом элемента памяти, а выход подключен к входу вычитаемого второго блока вычитания, входом синхронизации блока является вход первого элемента задержки, выход которого соединен с входами считывания первого и второго элементов памяти и через второй элемент задержки соединен с входом синхронизации накапливающего сум

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для обнаружения в реальном масштабе времени эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частоты. Цель изобретения - повышение достоверности распознавания эхо-сигналов. Коррелятор содержит преобразователи аналог-код 1, 4, элементы задержки 2, 9, преобразователь код-аналог 3, блок 5 преобразования Фурье, ключ 6, блок синхронизации 7, блок 8 формирования экспоненциальной последовательности, генератор импульсов 10, блоки памяти 11, 12, N блоков 13 вычисления корреляционных коэффициентов, N компараторов 14, регистр памяти 15, элемент ИЛИ 16. Повышение достоверности распознавания эхо-сигналов достигается путем использования информации о комплексной структуре спектров эхо- и зондирующего сигналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

входом сумматора, второй вход которо- ig матора.