Согласованный фильтр Советский патент 1992 года по МПК H03H15/02 H03H17/00 

U)

С

1

Изобретение относится к области радиотехники, радиоэлектроники и предназначено для использования в устройствахобработки сигналов. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет переноса спектра выходного сигнала на промежуточную частоту и повышение точности фильтрации. Согласованный фильтр содержит анализатор 1 спектра, блок 2 памяти, генератор 3 элементарных откликов, блок 4 взвешивания и сумматор 5. Поставленная цель достигается за счет введения анализатора 1 спектра и соответствующего выполнения блоков 1, 2 и 3. 3 3. п^ ф-лы, 6 ил.

о ю

Ji О

00

Выход

J

Изобретение относится к радиотехни.ке, радиоэлектронике и/предназначено для использования в устройствах обработки сигналов.

Цель изобретения - расширение функциональных BO3MoxHocte за счет переноса спектра выходного сигнала на промежуточную частоту и повышенияточности фильтраЦИИ.-, - - ., -/ . . : . .,

На фиг. 1 представленё блок-схема согласованного фильтра; на фиг. 2 - 4 - варианты выполнения анализатора спектра, блока памяти и генератора элементарных откликов; на фиг. 5, 6 - временные диаграммы, поясняющие рабЬту согласованного фильтра при обработке радиоимпульсов и трехимпульсных кодов Баркера.

Согласованный фильтр содержит анализато|э 1 спектра, блок 2 памяти, генератор 3 элементарных откликов, блок 4 взвешивания и сумматор 5.

Анализатор 1 спектра содержит генератор 6 сигналов, блок 7 управления, первый фазовый детектор 8, интеграторы 9, перемножителй 10, фазовращатель 11 и второй фазовый детектор 12.,

Блок 2 памяти содержит блок 13 управления, группы 14, 15 элементов памяти, содержащие переключатели 16.и элементы 17 хранения.

Генератор 3 элементарных откликов содержит мНогоотводНые линии 18 задержки на поверхностных акустических волнах и блок 19 управления.

Рассмотрим принцип работы узлов согласованного фильтра.

Анализатор Т спектра осуществляет анализ входного сигнала на последователь,ных интервалах анализа р.Т, р 1, 2, ... длительностью Т (фиг. 5а, 6а). По результатам анализа (после окончания каждого р-го интервала анализа) определяются косинусные Gc.p и синусные Cs, р спектральные коэффициенты в выбранном базисе с (t) и

(t). :

На каждом р-м интервале осуществляется интегрирование произведения входного сигнала на выбранные базисные функции. По окончании интервала анализа происходит считывание значений Сс,р и Cs.p подачей в конце интервала анализа на второй вход перемножителей 10 считывающих импульсов единичной амплитуды. Амплитуда импульсов на выходдх перемножителей 10 пропорциональна выходным сигналам интеграторов 9 и соответствует значениям спектральных коэффициентов Сс,р и Cs.p

на р-м интервале анализа в выбранном

базисе. - ;-.. ., .., ,: :. ., ,.;.;

По сигналам с второго выхода блока 7

управления происходит обнуление йнтеграторов 9 и их начальная установка перёд следующим интервалом анализа и вычисления спектральных коэффициентов. Нафиг.З показан блок 2 памяти, выполненный в виде переключаемых схем выборкии хранения.

На выходах I, III блока 13 управления формируются сигналы уп равления переклю чателями t6 для записи спектральных коэф фицйентов в синуЬные 14 и косинусные 15

группы элементов памяти. На выходах II, IV блока 13 уп равлен я форми руются сигналы начальной установки элементов 17 хранения. . -. . : : . ,; - - :, .- .. . По сигналам управления с выходов I, 1

блока 13 управления переключатель 16 устанавливается в одно из возможных состояний и пропускает спектральные коэффициенты CS,P в выбранный элемент 17 хранения. Через в|эемя Т следующие значения Cs.p пропускаются, через переключа-, тель 16 в другой элемент 17 хранения. Таким образом, с периодом, равным Т, в элементы 17 хранения блока 2 памяти заНисываются значения спектральных коэффициентов (фиг. 5в, бв), которые хранятся в течение интервалов времени не менее Тс

Т (Тс - Длительность входного сигнала).

После окончания этих интервалов хранения по сигналам с выхода II, IV блока 13 управления на соответствующие элементы 17 хранения подаются сигналы начальной установки (разряд накапливающей емкости Сн). Это позволяет осуществлять повторную

запись в эти элементы следующих значений спектральных коэффициентов.

Генератор 3 элементарных откликов показан на фиг.4. Он выполнен в виде многоотводной линии 18 задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и блока 19 управления, формирует запускающие импульсы с периодом Те + Т.

Многократная линия 18 задержки состоит из встречно-штыревых преобразователей ПАВ, нанесенных методами фотолитографии на поверхность пьезоэлектрического, звукопровода. Функции аподизац)и (зависимость степени перекрытия штырей от их положения в преобразователе) соответствуют преобразованному на выбранную частоту отклику согласованного: фильтра на базисные функций, по которым в анализаторе 1 спектра вычисляется спектр входного сигнала. Преобразованные на выбранную частоту отклики согласованного фильтра на базисные функции соответствуют преобразованным на- выбранную частоту сигналам интегральной свертки импульсного отклика согласованного фильтра и, базисных функций (t), (t), по которым в анализаторе 1 спектра вычисляется спектр входногб сигнала. На фиг. 4 косинусные и синусные функцииаподизацииобозначены Фс.о(х)и ,о(х).j Отводы многоотводной линии 18 задержки генератора 3 элементарных откликов расположены на расстоянии х vT друг от друга, где v - скорость распространения ПАВ, Т - длительность интервала анализа (фиг. 4а, 6а). Число отводов равнр -:;г + 1. По сигналам с блока 19 управления на выходах I, Н многоотводной линии 18 задержки, соответствующих выходам , И генератора 3 элементарных откликов, формируются задержанные на Т преобразбваннь1е на выбранную частоту (Од отклики согласованного фильтра на базисные фуккции (pc(t)vt tfjfe (t) (фиг. 5 г- е, б г-е) .(t-T)J и Oc.)B-(t-lt) 1 7 - -t-1 I, Z,...., -::г I . Генератор элементарных откликов может быть выполнен в виде постоянного апоминающегоустройства, в котором записаны значения откликов ,1 (t), 4i,t (t) для разных входных сигналов Sj(t), J 1, 2, ..., R. Это позволяет программировать обработку согласованного фильтра и адаптироваться к виду любого сигнала из множества R сигналов. Известно, что для реализаций алгорйтма согласованной фильтр1ации необходимо провести разбиение, времени наблюдения на интервалы анализа Длительностью Т и на каждом из них найти значения спектральных коэффициентов входного сигнала в выбранном базисе. Выходной сигнал согласованного фильтрз может быть получен в виде суммы произведений значений полученных спектральных коэффициентов на этом интервале на элементарные отклики согласованного фильтра на базисные функции этого интервала. При преобразовании таких элементарных откликов, на выбранную частоту выходной сигнал согласованного фильтра также формируется на этой частоте. Использование указанного способа согласованной фильтрации для повышения точности фильтрации позволяет на каждом интервале анализа представить .входной сигнал S(t) и-810(2 fttet + V или его часть -г. длительностью At, расположенную на этом интервале анализа, в гармоническом базисе (t), ps (t) двумя коэффициентами S(t) Сс,р cos2 cuo t + Cs.psln2 ftb t, (p-1) -T t p -T, гдеСс,р и -jS siav;Cs,p u- cosV. n-io-fl-AlP - I, /, ..., Py- , Cc.p и Cs,p - косинусные и синусные спектральные коэффициенты входного сигнала S(t) на одном из р-х интервалов анализа, на котором определен этот сигнал; - фаза сигнала на каждом интервале анализа; Р - индекс заполнения р-го интервала анализа.,. Такое предстЬвление может быть наиболее точным, если входной сигнал полностью расположен на целом числе интервалов ( , , 2. (фиг. 5а, .второй импульс) и таким образом с точностью до знака совпадает с одной из базисных функций на этих интервалах. В этом случае выходной сигнал согласованного фильтра абсолютно точно соответствует ав токорреляционной функции входного сигнала. Если положение сигнала такое, что он занимает часть интервалов анализа (фиг. 5а, первый импульс 6а), то представление сигнала только двумя спектральными коэффициентами может быть точным, но исключая, быть может, лишь крайние интервалы анализа, частично занятые сигналом, где 1. На крайних интервалах представле- . ние сигнала двумя спектральными коэффициентами возможно лишь с некоторой ошибкой, определяемой отношением длительности интервала анализа Т к длительности всего сигнала Тс. Она тем меньше, чем больше Отношение Тс/Т. Задавая уровень допустимых потерь, можно определить длительность интервала анализа Так, для радиоимпульсов при использовании двух указанных базисных функций при Тс/Т 2,3 энергетические потери равны (-1,25) и (-0,79) дБ соответственно. Указанная ошибка представления может быть сколь угодно малой и при малых отношениях Тс/Т, если при анализе использовать большое число функций, т. е. pkc (t) cos k; ftfet; s (t) sink (Иь t; k 1,2,3... Известно множество систем функций, со-; ставляющих базисы, по которым может проводиться анализ входного сигнала анализатором 1 спектра. В этом случае генератор элементарных откликов должен формировать сигналы, соответствующие отклику согласованного с этим сигналом фильтра на функции этого базиса.

Отклики Ф:,р (uJfe t),fc,p (ofe t) согласованного фильтра на базисные функци, формируемые генератором элементарных откликов 3, равны преобразованному на выбранную частоту сОв сигналу интегральной сверткиимпульсного отклика согласованного фильтра h(t) sfTc - t) и базисных функций, по которым в анализаторе спектра 1 вычисляется спектр входного сигнала г) d т ,0 t Тс

.

т)а г ,Тс t 2 Тс

Выходной сигнал согласованного фильтра равен

Sb (t) i (Сс.р Фь, (t - р Т) 4 L

+ G.P .pLofeCt-pT) .

, .

Так как выходной сигнал согласованного фильтра представляется конечной суммой произведений значений Сс.р, Cs,p и элементарных откликов Фс,р (t), ,р (t), то отклик согласованного фильтра на входной сигнал заявляемого фильтра может быть получен на любой выбранной заранее частоте 0)в на которой формируются сигналы элементарных откликов. В таком случае выходной сигнал принимаетЬя согласованным фильтром на одной (несущей) частоте (фиг. 5а, 6а), а выходной сигнал формируется на выбранной произвольной частоте (фиг. 5ж, 6з). Если в качестве такой частоты выбрана нулевая частота, то генератор 3 элементарных откликов формирует огибающие сигналов Ф:,р (t), ,р (t), .а выходной сигнал согласованного фильтра будет соответствовать огибающей автокорреляционной функции входного сигнала. В этом случае работа устройства эквивалентна согласованно фильтрации сигнала с его детектированием.

Устройство работает следующим образом.

На каждом интервале анализа анализа-, тор 1 спектра вычисляет спектральные коэффициенты в выбранном базисе функций, так что похжончании kaждoгo интервала р .

Т(р 1, 2, ...)наего выходах I, II формируются значения Сс,р и Cs,p в выбранном базисе рс() cos2 щ: р& (t) sin2 (Mot (фиг. 5в, бв). При отсутствии полезного сигнала спектральные коэффициенты равны нулю.

0 Выч исленные значения спектральных коэффициентов с выходов I, II анализатора 1 спектра заносятся в блок 2 памяти, где хранятся в течение интервала времени не менее Тс + Т. В течение этого, времени на

5 выходах I, II блока 2 памяти формируются постоянные напряжения, пропорциональные значениям Cs,p, Сс.р соответственно для каждого р-го интервала анализа.

По окончании времени хранения знаЧе0 НИИ спектральных коэффициентов блок 2 памяти очищается в той же последовательности, в какой производилась запись. По мере очищения в него также последовательно записываются значения спектральных

5 коэффициентов, соответствующих следующим интервалам анализа.

Например, значения Cc,i, Cs.i (фиг. 5в) хранятся в течение времени (Т, 4 -Т), значения Сс,2, Cs,2 - на интервале (2 -Т, 5 Т) и т.

0 д. После окончания этих интервалов сигналами начальной установки соответствующие элементы памяти, где хранились эти коэффициенты, последовательно очищаются и туда заносятся новые значения спектральных коэффициентов соответствующих интервалов анализа (фиг. 5, 6в).

Сигналы с выходов I, II блока 2 памяти, соответствующие значениям Cs.p, Сс,р, подаются на вход 1 блока 4. взвешивания, на

0 вход It которого подаются преобразованные на выбранную частоту элементарные отклики ,р (t), ФС,Р (t) согласованного фильтра на базисные функции, формируемые на выходах 1,11 генератора 3 элементарных откликов. На фиг. 5 г-е, бг-ж показаны сигналы с выходов генератора 3 элементарных откликов.

После перемножения в блоке взвешивания спектральных коэффициентов и элементарных откликов эти сигналы обьединяются в сумматоре 5 и подаются на выход согласованного фильтра (фиг. 5э, бз).

Выходной сигнал согласованного филь тра равен

Sb (t) i ( Сс,р Фс.р (t - р Т) -f р р1 I

+ Cs,p Е.р (t - р Т) Н

где pi 1, р2 3 для первого радиоимпульса и р1 7, р2 8 для второго радиоимпульса (фиг. 5); р1-2, р2 .5для кода Баркера(фиг. 6).

Входной сигнал принимается согласованным фильтром на несущей частоте 2й)о (фиг. 5а, 6а), а выходной сигнал формируется на выбранной (выходной) частоте («в ft)b -:;г- (фиг. 5ж, бз).

, -1 ,

Ф о р м у л а и 3 о б р ете н и я

1,Согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные.блок памяти, блок взвешивания и сумматор, выход которого является в4|ходом согласованного фильтра, а также генератор элементарных откликов, выходы которого соединены с группой вторых входов блока взвешивания, отличаю щи и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счёт переноса спектра выходного сигнала на промежуточную частоту и повы, шекия точности фильтрации, введен анали затор спектра, вход которого является входом согласозанного фильтра, а первый и второй выходы анализатора спектра соедйнены с первым и вторым уходами блока паМЯТИ.

ратор и перемножитель, выход которого является вторым выходом анализатора спектра, последовательно соединенные генератор сигналов и блок управления, первый и второй выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго перемножителей и вторыми входами первого и второго интеграторов соответственно, а также фазовращатель, вход которого соеди нен с вторым выходом генератора сигналов и первмм входом первого фазового детектора, а выход фазовращателя соединен с первым входом второго фазового детектора, второй вход которого соединен с вторым входом первого фазового детектора и является входом анализатора спектра.

Фаг. J

f9

блок управ/гения

()

Выход

ВыходЖ

BbixodI

0c,{(t) Фc,,tii}

v v v

Выход ° S oWvX) г A

Фи2. в . H ТШ1 1 M, 5T6T 778T „J, . W Cc,3 Co.v Cc.ff - Uc,,,0j./ /.. :s A %/ ;/Т7ХТ -. у jr /A ir л M trr и X/1.J ,, s 7 в7