Устройство различения сигналов на фоне произвольной помехи Советский патент 1990 года по МПК H04B15/00 

товый генератор 4, в каждмйканап обработки сигналов введен блок 5 выбора максимального сигнала, а блок 3 корреляционной обработки сигнала, выполнен в виде блока регистров, блока синхронной запири, блока синхройизации, блоков умножителей, нервого запоминающего блока, первого

и второго счетчиков, второго запоминающего блока и сумматора. В устройстве реализован параллельно-конвейерный метод обработки поступающего сигнала, что обеспечивает его некритичность к параметрам помех и высокую скорость обработки сигналов. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано в приемниках сигналов радиоуправления и радиолокационных станций. Цель изобретения - повышение верности приема в условиях действия помех с изменяющимися параметрами. Для достижения указанной цели введен тактовый генератор 4, в каждый канал обработки сигналов введен блок 5 выбора максимального сигнала, а блок 3 корреляционной обработки сигнала выполнен в виде блока регистров, блока 7 синхронной записи, блока 8 синхронизации, блоков 8 умножителей, первого запоминающего блока, первого и второго счетчиков и, второго запоминающего блока и сумматора. В устройстве реализован параллельно-конвейерный метод обработки поступающего сигнала, что обеспечивает его некритичность к параметрам помех и высокую скорость обработки сигналов. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электросвязи и может использоваться в приемтшках сигналов радиоуправления и радиолокационных станций,

Цель изобретения - повышение верности приема в условиях действия помех с изменяющртися параметрами.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства раэличения сигналов на фоне произволь- ной помехи; на фиг. 2 структурная электрическая схема блоков корреляционной обработки сигнала, входящих в его состав; на фиг, 3 и А - примеры выполнения соответственно блока суммирования и блока выбора максимального сигнала; на фиг. 5 и 6 г временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство различения сигналов на фоне произвольной помехи содержит каналы (A-I) обработки сигналов и блок 1 сравнения, а каждый канал обработки сигналов содержит блок 2 корреляционной обработки сигнала и блоки 3),с.уммирования, а также,содержит тактовый генератор 4, а каждый канал обработки сигналов - блок 5 выбора максимального сигнала.

Блок 2 корреляционной обработки сигнала, входящий в состав каждого канала обработки сигналов, изображенш й на фиг. 2, содержит блок 6 1-k регистров, блок 7 асинхронной записи, блок В синхронизации, блок 9 1-k умножителей, первый запоминающий блок 10, первый и второй счетчики 11 и 12, второй запоминающий 6jioK 13 и сумматор 14.

Блок 3 суммирования, входящий в состав каждого канала обработки сигналов, изображенный на фиг. 3, содержит блок 15 умножения, блок 16 синхронизации, первый блок 17 памяти, счетчик 18 адреса, сумматор 19,

5 коммутатор 20, второй блок 21 памяти и первый и второй регистры 22 и 23,

Блок 5 выбора максимального сигнала, входящий в состав каждого канала обработки сигналов, изображен0 ый на фиг. 4, содержит первый, второй и третий регистры 24-26, блок 27 сравнения, блок 28 синхронизации и элемент 29 И.

Устройство различения сигналов на фоне произвольной помехи работает следующим образом.

Входной сигнал, представляющий собой сумму полезного сигнала и помехи в виде k отсчетов (k 1,К), поступает на информационные входы блоков 2 корреляционной обработки сигнала всех.каналов обработки сигналов. Каждый отсчет входного сигнала

.и представляет собой m разрядный дво

ичный код и поступает на вход устройства одновременно с сигналом стробирования и,„. Таким образом, имеем Uf - входной сигнал, k 1 ,К,1 число базовых различаемых сигналов S; i 1Д, а функционал плотности распределения произвольной помехи представлен ввиде

u)(lJ) q«uJ(U) ,

где N - число гауссовских случайных процессов как с одинаковыми, так и различными корреляционными матрицами lfR)4 If и различными средними in. БЛОК 2 корреляционной обработки сигналов каткдого канала обработки

сигналов после приема входного сиг- ,

нала и формирует на выходе сигнал,

пропорциональный смещенному коэффициенту корреляции:

-,... .р,.

1, I,

in

n 1, N, k 1, к,(1)

где fp определяется как

/Э,-п т|/1и12|и - nU + q.lnPf ,(2)

где Р {(jn соответственно априорные вероятности передачи сигнала и появления компоненты помехи, относящейся к п-му гауссовскому случайному процессу. Значение опорного сигнала определяется из решения следующего уравнения:

Vf Si ч- т„, которое, переписав в виде ( ,. . + , получим Г-Т ,., l(Rkl( Sj + m, i 1,1, n 1,N Значения сигнала х с выхода каж дого блока 2 корреляционной обработки сигнала поступают одновременно на информационные входы блоков 3 j - 3 суммирования и блока 5 выбора максимального сигнала. Блоки суммирования формирую линейные комбинации смещенных коэффи циентов корреляции х,г1, необходимые дпя различения i-ro базового сигнала -. S j для повышения точности представле ния произвольной помехи путем исполь зования в полигауссовом представлени как N исходных гауссовских случайных процессов, так и дополнительных гауссовских случайньк процессов в виде их L линейных комбинаций. При этом после поступления значения .Xj на информационные входы блоков 3j.-3 суммирования на выходе 1-го сумматора 3 действует сигнал у. вида .. ) 1 1,L, i 1,1, n 1,N, где L - число образуемых линейных комбинаций гауссовских случайных

isge-ieg6

процессов; rf f f- сигналы смещения, которые, например, для линейной ком тбинации N гауссовских случайных процессов с одинаковыми корреляционными матрицами ||К{,||и различными средними in определяются выражением:

И

где Pj и q . - соответственно априорные вероятности передали сигнала S. и появления компоненты помехи в виде гауссовского случайного процесса с корреляционной матрицей ItRi (( и средними значениями N N « iif Сигналы у j р пропорциональны смещен 1ым коэффициентам корреляции между входным сигналом II и случайным процессом в виде суммы сигнала R и гауссоиского случайного процесса со средним значением , представляющего собой соответствующую линейную комбинацию исходных гауссовскик случайных процессов. Эти сигналы у., с выходов блоков 3,-3 ( суммирования каждого канала корреляционной обработки сигнала подаются на соответствующие входы блока 1 сравнения. Блок 5 выбора максимального сигнала в каждом канале корреляционной обработки определяет сигнал, пррпорциональньй максимальному из смещенных коэффициентов корреляции х. , i 1,1, п 1 ,N. Сигналы х . макс х . | с выходов I блоков 5 выбора максимального сигнала подаются на соответствующие входы блока 1 сравнения. Параллельно-конвейерный режим работы устройства иллюстрируется диаграммой, представленной на фиг. 5. В устройстве выполняются следующие основные операции: умножение отсче- тов входного колебания II на соответствующие отсчеты опорного сигнала U- ; сложение произведения j- jufc со значением сигнала смещения ( 1 получая тем самым значения х, по ( умножение значения х; на весовой ко эс)Лициент получение суммы вида И сложение полученного значения с коэффициентом смещения . , получая тем самым значения I jg по (4); нахождение макси гума из X } ; нахождение максимального значения из всех y,-g и макс х j J при 1 1,1 1 1,L. На диаграмме (фиг.5) показан цикл работы устройства, причем в каждом такте диаграммы условно показано выполнение перечисленных операций. Первая операция осуществляется в блоках умножителей 9-9 блока 2 корреляционной обрйботки сигнала каждого канала обработки сигналов последовательно для каждой гауссов- ской компоненты полигауссового представления произвольной помехи, Втоkрая операция Aj cyiuecTk( . вляется в сумматоре 1ч также последовательно для каждой гауссовскбй компоненты полигауссового представления произвольной помехи, но со сдвигом на один такт синхронизации по отношению к началу выполнения пер вой операции. Третья операции осуществляется в блоках 3j-3, суммиро вания. Четвертая - в накапливающем сз маторе каждого 1-го блока 3 суммирования, образованном сумматором 19, .коммутатором 20 и регистрами 22 и 23 со сдвигом на три такта относительно первой операции. Пятая операция осуществляется в блоке 5 выбора максимального сигнала со сдвигом на два такта синхронизации относительно пер вой операции. Шестая операция осуществляется блоком 1, сравнения по окончании четвертой и пятой операций Операции 1-5 вьтолняются соответствующими блоками устройства последова тельно дшя каждой гауссовской компоненты, при этом выполнение различных операций совмещено во времени (со сдвигом каждой на один такт синхронизации) и результаты операций передаются из блока в блок, что обеспечи вает конвейерный режим. При этом перечисленные операции во всех I кана8лах обработки и L блоках суммирования 3j-3 каждого канала осуществляются параллельно. Таким образом, устройство в целом работает в параллельно-конвейерном режиме, Работа блоков синхронизации 8, 16 и 28 поясняется с помощью временной диаграммы, представленной на фиг. 6, Указанные блоки 8, 16 и 28 засинхронизированы от тактового генератора 4 и формируют управляющие и синхронизирующие импульсы, посредством которых организуется работа блока корреляционной обработки 2, блоков суммирования , и блока 5 выбора максимального сигнала в параллельно-конвейерном режиме, показанном на фиг, 5, Временные диаграммы по фиг, 6 показывают последовательности импульсов, формируемых на соответствующих выходах блоков синхронизации 8, 16 и 28, а стрелками показана инициация работы одного блока синхронизации другим, а также порядок формирования и выдачи управляющих импульсов в соответствующих блоках синхронизации. Рассмотрим динамику работы устройства в целом с момента его включения. Работу устройства будем рассматривать по временным диаграммам, приведенньм на фиг. 6. Цифры на этих диаграммах соответствуют номерам выходов рассматриваемых блоков синхронизации 8, 16, 28. Отсчеты входного сигнала U, поступающие на информационные входы блоков 2 корреляционной обработки каждого канала обработки сигналов с помощью блока 7 асинхронной запи-, си, записывшотся в блок 6j--6 регистров по стробирующимимпульсам. Блок 7 асинхронной записи на выходах 1,2 - k формирует импульсы, которые последовательно поступают на .синхровходы блока 6.J-6 регистров. При записи последнего k-ro отсчета первый вход блока 7 асинхронной записи блокируется высоким уровнем импульса на k-м выходе, по которому также инициируется работа блока 8 синхронизации. Та- кая организация записи отсчетов входного сигнала ТТ позволяет совместить ее во времени с дальнейшей обработкой и производить ее асинхронно по отнощению к тактовым импульсам по мере поступления отсчетов. На рременной диаграмме по фиг. 6 покяэаны два цикла работы устройства. После приема отсчетов входного сигнала U. в интервале t, на k-ом выходе блока 7 асинхронной записи появляется сигнал инициализации, который поступает на первый вход блока 8 асинхронизации и проходит на его первый выход. По этому сигналу происходит перезапись отсчетов входного сигнала U из блока 6-6. регистров в блок 9j.-9 умножителей. С началом тактового интервала t импульсы тактового гейератора А проходят на второй и четвертый выходы блока 8 синхронизации. По переднему фронту импульса со второго его выход происходит запись значений отсчетов опорного сигнала первой гауссов ской компоненты полигауссового представления произвольной помехи, поступающих из первого запоминающего блока 10 на .вторые входы блока умножителей. По заднему фронту импульсов на четвертом выходе блока В синхронизации происходит увеличение на единицу содержимого первого счетчика 11, что обеспечивает выдачу отсчетов опорного сигнала первого запоминающего блока 10 для следующей гауссовской компоненты, В следующем тактовом интервале t импульсы тактового генератора 4 проходят на третий и шестой выходы блока В синхронизации. По переднему фронту импульсов с третьего выхода происходит выдача произведений ,-„|,, полученных в течение предыдущего тактового интервала из блока ц умножителей в сумматор 1А, Кро ме того, на k+1 вход сумматора 14 по ступает значение коэффшщента смещения /3;„из второго запоминающего бло ка 13. В течение половины тактового периода осуществляется суммирование значений ,-„1, и ;„по (1) и выдача результата х на выход блока 2 корреляционной обработки сигнала, С выдачей значений V ink для последней- гауссовской компоненты из первого запо минающего блока 10 последний разряд выходной шины этого блока устанавливается в нулевое состояние, что запр щает прохождение тактовых импульсов на четвертый выход блока В синхронизации. По переднему фронту импульса на втором его выходе происходит умножение вектора отсчетов входного сигсинхронизации. По импульсам с первого выхода этого блока осуществляется перепись значений х;г, с выхода бло910нала U(, на вектор отсчетов V ; последней гауссовской компоненты в полигауссовом представлении произвольной помехи, после чего прохождение импульсов тактового.генератора 4 на второй выход блока В синхронизации (при условии отсутствия инициализирующего импульса на первом входе блока 7 асинхронной записи) запрещается. При наличии инициирующего импульса на первом входе блока 7 асинхронной записи начинается цикл обработки следующего вектора отсчетов и-„./тепосредственно за прошедшим циклом и прохождение импульса на второй выход блока 8 синхронизации не запрещается. По заднему фронту зхого импульса и при нулевом уровне сигнала на третьем входе блока В синхронизации в интервале времени tj начинается форьшрование сигнала на пятом выходе блока В синхронизации, по которому первый счетчик 11 сбрасывается в исходное состояние, при котором на выходе первого запоминающего блока 10 вновь формируется вектор отсчетов V,-pX для первой гауссовской компоненты. При этом сигнал на третьем входе возвращается в единичное состояние. По высокому уровню импульса на третьем выходе в момент времени t импульс на пятом выходе блока 8 синхронизации заканчивается, При наличии на первом входе блока В синхронизап,ии инициирзтощего 1тмпульса происходит перезапуск блока 2 корреляционной обработки сигнала для обработки следующего вектора отсчетов входного сигнала Uj, При этом по фронту импульса на пятом выходе блока 8 синхронизации происходит выдача импульсов с его первого выхода. Следзтощий цикл обработки входного сигнала П в блоке 2 корреляционной обработки сигнала аналогичен описаннo ry циклу. Работа блоков 3 -3 cyм иpoвaния происходит следующим образом. На первый вход блока 16. синхронизации поступает импульс с соответствующего выхода блока 2 корреляционной обработки сигнала. ЗТот импульс разрешает прохождение импульсов тактового генератора 4 (с момента 14) на первый и третий выходы блока 16 ка 2 корреляционной обработки сигнала на первьтй вход блока 15 умножв ния и одновременно с этим запись коэМжднента я с выхода первого блока 17 памяти на второй вход блока 15 з шожения, который осуществляет операцгао перемножения полученных значений. По заднему фронту импульсов с третьего выхода блока 16 синхронизации происходит увеличение на единицу содержимого счетчика 18 адреса, что обеспечивает выдачу из пер вого -блока 17 памяти следующего значения коэффициента а„. В следующем тактовом интервале (t) имщльсы тактового генератора 4 проходят на второй выход блока 16 синхронизации. По этому сигналу происходит выдача результата перемножения х. g на вход сумматора 19„ Надругом его входе в этот момент времени действует ггулевой сигнал с регистра 22, который в момент включения устройства автоматически был установлен в это. состояние, В течение половины периода тактовых импульсов (tj) сумматор 19 осупествляет операцию су1 1мированил и передает результат на вход второго регистра 23 и на первый -вход ко1-1мутатора 20, Сигнал на пятом выхо де блока 16 синхронизации при включении устройства имеет ьгулевое значе ние до окончания Ш1Г1ульса на втором выходе блока 16 син:г{ронизации при умножении значения х-, соответствующего первой гауссовской компоненте в полигауссовом представлении произвольной помехи. По этому сигналу коммутатор 20 передает на вход первого регистра 22 значение второго блока 21 памяти. По заднему фронту импульса со второго выхода блока 16 синхронизации сигнал на его пятом выходе устанавливается в единичное состояние, чем обеспечиваетс передача результата сзммирования в первьтй регистр 22 через коммутатор 20, С выдачей значения последнего коэффициента из первого блока 1 памяти запрещается прохождение тактовых имп льсов на третий выход бло ка 16 сиьпсрснизации. По переднему фронту импульса на первом его выходе в момент t происходит умножение последнего значения сигнала на посл нее значениекоэффициента а,, посл чего прохождение импульсов тактовог генератора 4 на первый выход блока 9,2 16 синхронизации (при отсутствии сигнала на его первом управляющем входе) запрещается. При наличии сигнала на первом управляющем входе блока синхронизации (с момента t.) начинается следующий цикл обработки непосредственно за предыдущим и прохождение тактовых импульсов с первого и третьего выходов блока 16 синхронизации разрешается. По заднему фронту импульса с его первого входа и при нулевом уровне сигнала на третьем выходе (в интервал времени t) начинается формирование импульса на четвертом выходе блока 16 синхронизации, по которому счетчик 18 адреса сбрасывается в исходное состояние и обеспечивает получение на выходе первого блока 1 7 памяти значения первого коэффи- циента , При этом сигнал на третьем входе блока 16 синхронизации возвpaп aeтcя в единичное состояние. По высокому уровню сигнала на его втором выходе (в момент t) импульс сброса заканчивается и начинается следующий цикл работы каждого блока З суммирования. По заднему фронту имп ульса на втором выходе и низком уровне на четвертом выходе блока 16 синхронизации (в интервал времени t g) происходит перепад сигнала на его пятом выходе в нулевое состояние, по которому коммутатор 20 переходит в режим передачи информации со своего второго входа. В результате значение коэффициента смещения о,- из второго . блока 21 памяти передается на вход первого регистра 22 (в момент tg) и по импульсу со второго выхода блока 16 синхронизации это значение записывается в первый регистр 22 и соответственно поступает с его в.ыхода на второй вход сумматора 19о В сумматоре 19 (в течение половины периода ty) осуществляется суммирование перемноженных значений значанием коэффициента смещения «; . С началом этого же тактового интервала (момент tj) на шестом выходе блока 16 синхронизации формируется импульс, по которому осуществляется сброс первого регистра 22 и перезапись резуль- . тата суммирования (значение у. по (4) во второй регистр 23 с передачей на выход блока суммирования 3, Как видно из временной диаграммы, последние операции в блоках З-г-З суммирования (моменты времени t g и t.; совмещены во времени с операциями умножения в блоке 15 и сут-п шрования в блоке 19 следующего цикла обработки. Работа блока 5 выбора максимального сигнала осуществляется следующим образом. На первый вход блока 28 синхронизации поступает сигнал с соответствующего выхода блока 2 ко реляционной обработки сигнала. По переднему фронту импульсов с выхода тактового генератора 4 и при наличии сигнала на первом входе блока 28 синхронизации значение сигнала х. с информационного вькода блока 2 корреляционной обработки сигнала (в момент t) записывается в первый регистр 24 по импульсу со второго выхода блока 28 синхронизации. Этот же импульс поступает на второй(инвер тирующий) вход элемента 29 И. В этот же интервал времени (t) с первого выхода блока 28 синхронизации одновр менно формируется импульс, который поствпает на блок 27 сравнения и бло кирует его при записи первого значения X. в каждом цикле, что обеспечивает независимо от значения х . перезапись его с выхода первого регистра 24 во второй регистр 25 по за нему фронту тактовых импульсов (в мо мент ц). В следующем такте (tj) по фронту импульса со второго выхода бл ка 16 синхронизации происходит сброс импульса на первом его в нуле вый регистр 24 следующего значения х.„ . В течение половины периода, тактовых импульсов (в интервал времени t) в блоке 27 сравнения осуществляется сравнение двух значений х,-, находящихся на его входах. Если значение Х; на выходе первого регистра 24 больще значения на вьпсоде второго регистра 25, то блок 27 срав нения (который анализирует также зна ки сравниваемых чисел) вырабатывает на своем выходе импульс, по которому происходит перезапись большего значения во второй регистр 25. Если значение х,-„ на выходе регистра 24 меньще или равно значению х ,„ на выходе регистра 25, то блок 27 сравнэния импульс перезаписи не формирует , а во втором регистре 25 сохраняете прежнее значение. Таким образом происходит выбор максимального значения X ; из X 1, . Блок 28 синхронизации В каждом цикле птслежилает нужное количество значений х . . Поэтому при поступлении на вход первого регистра 24 последнего значения х,., и после сравнения поступившего значения с предпоследним, блок 2S синхронизации (в момент t-j) вырабатывает на третьем выходе импульс, по которому осуп с ствляется перезапись значения X ;„ макс тр)тий регистр 26, сброс регистров 24 и 25 в нулевое состояние и передача максимального X . на выходе блока 5 выбо- значения ра максимального сигнала. Таким образом, осуществляется выполнение первых пяти операций из перечисленных выпе в блоке 2 корреляционной обработки сигнала, блоках суммирования j-- Рлоке 5 выбора максимапьного сигнала в каждом канале обработки сигналов. После каждого цшсла работьт на соответств тощих входах блока 1 сравнения имеются значения у., и макс х,-„}. В то время как происходит выполнение следующего цикла работы в каждом канале обработки сигналов, блок 1 сравнения осуществляет выделение максимального из I(i+l)m разрядных двоичных чисел, представленных параллельным кодом. В результате после каждого цикла работы всего устройства на выходах S, ,S -S -, имеется информация о поступлении на вход устройства соответствующего сигнала ия различаемых. Сложность практической реализации предлагаемого устройства не зависит от числа исходных гауссовских случайных процессов, что отличает его от прототипа и обеспечивает его работоспособность в сложном комплексе помех при высокой гибкости к изменению их параметров и при высокой скорости обработки. Формула изобретения 1. Устройство.различения сигналов на фоне произвольной помехи, содержащее каналы обработки сигналов, первые выходы каждого из которых соединены с первыми входами блока сравнения, выходы которого являются выходами устройства, информационный вход которого соединен с информационными входами каналов обработки сигналов, а каждый из каналов обработки сигналов содержит блок корреляционной обработ15

ки сигнала и блоки суммирования, выходы которых являются первыми выходами канала обработки сигналов, информационным входом которого является информационный вход блока корреляционной обработки сигнала, первый и второй выходы которого подключены к входам блоков суммирования, отличающееся тем, что, с целью повышения верн- сти приема в условиях действия помех с изменяющимися параметрами, введен тактовый генератор, выход которого соединен с тактовыми входами каналов обработки сигналов, вторые выходы которых подключены к вторым входам блока сравнения, причем управляющие входы каналов обработки сигналов соединены с управляющим входом устройства, а в каждый канал обработки сигналов введен блок выбора максимального сигнала, выход которого является вторым выходом канала обработки сигналов, тактовый вход которого соединен с тактовыми входами блоков суммирования, блока корреляционной обработки сигнала и блока выбора максимального сигнала сигнальные входы которого подключены к вьпкодам блока корреляционной обработки сигнала.

1596469

16

записи, блок синхронизации, блок умножителей, первый запоминающий блок, первый и второй счетчики, второй запоминающий блок и сумматор, первые входы которого соединены с выходами блока умножителей, первый, вторые и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого запоминающего блока, первым выходом блока синхронизации и выходом блока регистров, первые входы которого соединен с соответствующими выходами блокаасинхронной записи, первый вход которого является управляющим входом блока корреляционной обработки сигнала, информационным входом, первым и вторым выходами и тактовьм входом которого являются соответственно второй вход блока регистров, выход сумматора, второй выход блока синхронизации и первый вход блока синхронизации, третьи и четвертые выходы которого подключены к входам соответственно первого и второго счетчиков, выходы которых подключены к входам первого и второго запоминающих блоков соответственно, причем выход второго запоминающего блока подключен к второму входу блока синхронизации, третий вход которого соединен с соответствующими выходами блока асинхронной записи, второй вход которого подключен к соответствующему выходу блока сйн.хронизации.

Фиг.З