Цифровой автокоррелятор Советский патент 1993 года по МПК G06F15/336 

С/

с

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в разнесенных радиолокационных системах для измерения автокорреляционной функции сигналов поставщиков активных помех. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей коррелятора за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала. Для этого в цифровой автокоррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, М перемножителей и М накапливающих сумматоров, дополнительно вводятся элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, элемент И, два делителя, блок делителей, блок аналого-цифровых преобразователей, блок элементов И, частотный анализатор и триггер, что позволило определять доплеровскую частоту исследуемого сигнала и этим расширить функциональные возможности коррелятора, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использовано в разнесенных радиолокационных системах для измерения . автокорреляционной функции сигналов постановщиков активных помех.

Цель изобретения - расширение функ- циональных возможностей коррелятора путем определения доплеровской частоты исследуемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровой коррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами перемножителей, выходы которьх соединены с входами соответствующих накопительных сумматоров, выходы которых соединены с выходами автокоррелятора дополнительно введены блок аналого-цифровых преобразователей, блок элементов И, два элемента ИЛИ, два делителя, анализатор, элемент И, блок делителей и триггер, S-вход которого соединен с входом запуска автокоррелятора, с вторым входом второго элемента ИЛИ и с входом обнуления первого и второго делителей, R-вход - с выходом второго делителя, а прямой выход - с вторым входом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с счетным входом блока делителей, вход обнуления которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с входом второго делителя с входом записи анализатора и с выходом первого делителя, вход которого соединен с выходом такта блока делителей, выходы

00

ю

ЧЭ О

ND

которого соединены с синхровходами анализатора и с синхровходами блока аналого- цифровых преобразователей, вход которого соединен с входом автокоррелятора, а выходы - с первыми входами блока элементов И и с информационными входами анализатора, управляющие выходы которого соединены с вторыми входами блока элементов И, выходы которого соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, синхровход которого соединен с синхровходом анализатора.

При этом анализатор содержит блок элементор И, устройство определения максимума и ; элементов анализа, информационные входы которых соединены с соответствующим информационным входом анализатора, синхровходы - с соответствующим синхровходом анализатора, а выходы - с соответствующими входами устройства определения максимума, выходы которого соединены с управляющими выходами анализатора и с вторыми входами блока элементов И, первые входы которого соединены с синхровходами анализатора, а выход - с синхровыходом анализатора, вход записи которого соединен с входом записи устройства определения максимума.

При этом элемент анализа содержит регистр, N корреляционных блоков и сумматор, выход которого соединен с выходом элемента анализа, а входы - с выходами корреляционных блоков, входы которых соединены с соответствующими выходами регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом элемента анализа, а синхровход - с синхровходом элемента анализа.

При этом необходимо отметить, что только использование всех отличительных признаков позволит достичь положительного эффекта - расширить функциональные возможности предлагаемого автокоррелятора за счет определения доплеровской частоты от известных.

Структурная схема цифрового автокоррелятора приведена на фиг.1.

Структурная схема анализатора приведена на фиг.2,

Цифровой автокоррелятор содержит блок аналого-цифровых преобразователей 1. блок элементов И 22. первый 3 и второй 13 элементы ИЛИ, анализатор 4, блок делителей 5, элемент И 6. генератор тактовых импульсов 7. первый 8 и второй 9 делители, регистр сдвига 10, перемножители 11, накопительные сумматоры 12, триггер 14.

Анализатор 4 содержит К элементов анализа 17, устройство определения максимума 18 и блок элементов И 19.

Элемент анализа 17 (фиг.2) содержит

регистр 20, корреляционные блоки 21 и сумматор 22.

Элементы цифрового автокоррелятора соединены следующим образом.

Вход автокоррелятора 15 соединен с

входом блока аналого-цифровых преобразователей 1, а вход запуска 16 - с S-входом триггера 14, с входами обнуления первого 8 и второго 9 делителей и с вторым входом второго элемента ИЛИ 13, выход которого сое5 динен с входом обнуления блока делителей 5, выход такта которого соединен с входом первого делителя 8, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ 13 и с входом второго делителя 9, выход

0 которого соединен с R-входом триггера 14, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 6, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 7, а выход - с счетным входом

5 блока делителей 5, выходы которого соединены с синхровходами блока аналого- цифровых преобразователей 1 и с синхровходами анализатора 4, информационные входы которого соединены с выхода0 ми аналого-цифровых преобразователей 1 и с первыми входами блока элементов И 2. вторые входы которого соединены с управляющими выходами анализатора 4 а выхо ды - с входами первого элемента ИЛИ 3

5 выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига 10, синхровход которого соединен с синхровыходом анализатора 4, а выходы с входами соответствующих перемножителей 11, выходы

0 которых соединены с входами соответствующих накопительных сумматоров 12, выходы которых соединены с выходами автокоррелятора.

Элементы анализатора 4 соединены

5 следующим образом.

Управляющие выходы анализатора соединены с выходами устройства определения максимума 18 и с вторыми входами блока элементов И 19, выход которого сое0 динен с синхровыходом анализатора, а первые входы - с синхровходами анализатора и с синхровходами элементов анализа 17, информационные входы которых соединены с информационными входами анализа5 тора, а выходы - с. входами устройства определения максимума 18.

Элементы анализа 17 соединены следующим образом.

Информационный вход элемента соединен с информационным входом регистра 20,

синхровход которого соединен с синхровхо- дом элемента анализа, а выходы - с входами соответствующих корреляционных блоков 21, выходы которых соединены с входами сумматора 22, выход которого соединен с выходом элемента анализа.

Цифровой автокоррелятор работает следующим образом.

Математический алгоритм работы заявленного устройства основан на следующем. Предположим, что сигнал принимаемый приемником можно записать в следующем виде:

S(t) So exp {i (ш т + р)} + n(t), (1) где (t) (1 - -) ftfe - угловая частота, смеС

щенная за счет эффекта Доплера;

v - скорость движения поставщика помех;

с - скорость распространения радиоволн;

(р- фаза;

n(t) - аддитивная помеха в полосе пропускания приемника.

В случае монохроматического сигнала радиопомехи уравнение (1) без n(t) дает следующую автокорреляционную функцию;

R0(z) -jlp-J S(t) S(t + z} dt

Т

S02exp{i(HT)},

где 2Т - интервал интегрирования;

т- время задержки;

()- комплексное сопряжение.

Для получения точного результата определим фазовращательную автокрреляцион- ную функцию R(t) следующим образом:

R(T) /S(t)Si(t + 3dt; 2 -т

Si(t + т) S(t + т) exp (-i $); tp &r,

где прогнозируемое вращение фазы при (t + т) ш - прогнозируемая угловая частота в данный период.

Подставляя уравнения (1), (4) и (5) в (3), получают

2

R(T) SsT exp {i (со - ш) г} + 1М(г),

(6)

N (т) - означает вклад шума n(t) в уравнение (2).

Как следует из (6), когда прогнозируемая угловая частота (ш) не совпадает с действительными значениями, реальная часть изменяется со временем задержки г. Исследуя2иможно найти истинную о, когда реальная часть остается константой S0 при любом времени задержки. Поскольку в реальных условиях существует шумовой эффект М(т), мы можем получить оптимальную

оценку ш, максимизируя среднюю автокорреляционную мощность Rp, определенную для периода времени 2 TR в следующем виде

15 RPH

Peal{R (т)} d т ш ш.

(7)

ооолае

ен-

ри в

3),

еТаким образом, в основе алгоритма функци20 онирования заявленного устройства и лежит выражение (7).

Работа цифрового автокоррелятора осуществляется в два этапа.

При поступлении импульса запуска на

25 вход запуска 16 происходит установление триггера 14 в единичное состояние. По этому же импульсу производится обнуление делителей 8 и 9 и этот же импульс проходит через элемент ИЛИ 13 и поступает на вход

30 обнуления блока делителей 5. Установление триггера 14 в единичное состояние разрешает работу элемента И 6. Импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 7 проходят через элемент И 6 на счетный вход

35 блока делителей 5. Блок делителей 5 образован К делителями, где К - число каналов обзора по частоте Доплера. Коэффициенты каждого делителя блока делителей 5 выбираются различными. В связи с этим на вы40 ходе блока делителей 5 образуются импульсы квантования с различной частотой следования, т.е. организуется обзор по частоте квантования. Эти импульсы поступают на синхровходы блока аналого-цифро45 вых преобразователей 1, образованного К аналого-цифровых преобразователей, в котором осуществляется преобразование входных аналоговых сигналов в цифровые коды. Эти цифровые отсчеты поступают на

50 информационные входы анализатора 4 в котором реализуется вычисления по приведенным выше выражениям. По окончании первого цикла вычисления, т.е. при появлении импульса на выходе делителя 8, имею55 щего коэффициент деления L, где L - объем выборки, на управляющих выходах анализатора 4 определяется код канала с максимальной мощностью, т.е. номер того канала, в котором частота дискретизации наиболее точно подобрана с учетом частоты Доплера

и на синхровыход анализатора 4 пропускается частота дискретизации этого канала. Импульс с выхода делителя 8 проходит через элемент ИЛИ 13 и производит обнуление блока делителей 5. Начинается второй цикл вычислений. Код канала с максимальной мощностью поступает на вторые входы блока элемента И 2 в результате которого открываются элементы И того канала и они пропускают на свой выход только цифровые отсчеты этого выбранного канала, т.е. с выхода выбранного аналого-цифрового преобразователя блока АЦП 1. В дальнейшем цифровые отсчеты с выхода блока элементов И 2 проходят через первый элемент ИЛИ 3 и поступают на информационный вход регистра сдвига 10, на синхровход которого поступают синхроимпульсы выбранного канала с выхода анализатора 4. Регистр сдвига 10 имеет М выходов, где М - число вычисляемых ординат автокорреляционной функции. Цифровые отсчеты, с выходов регистра сдвига 10 поступают на перемножители 11, в которых происходит перемножение отсчетов, а результаты перемножения накапливаются в накопительном сумматоре 12. По окончании накопления, т.е. после появления импульса на выходе делителя 8, коэффициент деления которого соответствует объему выборки, появляется импульс и на выходе делителя 9, коэффициент деления которого равен двум, в накопительных сумматорах 12 хранятся отсчеты автокорреляционой функции поступающего сигнала со скомпенсированным влиянием частоты Доплера. Импульс с выхода делителя 9 устанавливает триггер 14 в нулевое состояние. В дальнейшем работа цифрового автокоррелятора аналогична.

Рассмотрим работу отдельных элементов автокоррелятора.

Анализатор 4 (фиг.2) работает следующим образом.

В каждом из элементов накопления осуществляется вычисление отсчетов автокорреляционной функции в N отсчетах за счет перемножения отсчетов и накопления результата в корреляционных блоках 21. С выходов корреляционных блоков 21 отсчеты автокорреляционной функции суммируются в сумматоре 22 без учета знака. Таким образом, на каждом из выходов элементов ана- лиза 17 получаются реализации по выражению (7). Эти реализации поступают на устройство определения максимума 18, которое определяет номер канала в котором максимальная реализация. Устройство определения максимума реализуется на устройствах сравнения, элементах И и элементах ИЛИ и на его выходе образуется

код канала с максимальной реализацией. Этот код поступает на блок элементов И 19 и открываеттот элемент И в канале которого максимальная реализация. Так как после

первого цикла информация с канала с максимальной реализацией должно запомнится, то в устройстве определения максимума на его выходе устанавливается регистр, в который и заносится код номера канала с

0 максимальной реализацией по импульсу окончания первого цикла, поступающему на вход записи анализатора.

В дальнейшем работа анализатора аналогична.

5 Остальные элементы цифрового автокоррелятора общеизвестны и широко описаны в существующей литературе, Накопительные сумматоры реализуются на регистре и сумматоре. Выходом такта блока

0 делителей 5 является выход делителя с минимальной частотой дискретизации. Для синхронизации работы элементов авто- кррелятора используются импульсы квантования при необходимости задержанные

5 элементами задержки (на фиг.1 не показаны).

Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение конкретных технических характеристик цифровых автокор0 реляторов. Поэтому сравнительный анализ проведем с базовым объектом, в качестве которого выберем прототип, характеризующийся аналогичным способом построения. Как следует из описания работы предла5 гаемого цифрового автореллятора в нем осуществляется определение доплеровской частоты исследуемого сигнала по номеру канала с максимальной реализацией в анализаторе, что доказывает расширение

0 функциональных возможностей этого автокоррелятора по сравнению с прототипом, Кроме того, так как в заявленном устройстве автокорреляционная функция вычисляется после компенсации доплеровской частоты,

5 то и она не искажена доплеровской частотой и естественно она боле точно вычислена чем в прототипе.

Формула изобретения

5 разрядные выходы регистра сдвига подключены к вторым входам одноименных перемножителей группы, выходы которых содинены с входами одноименных накапливающих сумматоров группы, выходы которых являются выходами отсчетов

корреляционной функции автокоррелятора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала, в него введены блок делителей, блок элементов ИЛИ, блок элементов И, два делителя, элемент И, элемент ИЛИ, триггер, частотный анализатор и блок аналого-цифровых преобразователей, информационный вход которого является информационным входом автокоррелятора, а выход подключен к информационному входу частотного сигнализатора и к первому входу блока элементов И, второй вход которого соединен с выходом частотного знали- затора, а выход подключен к входу блока элементов ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, синхровход которого подключен к выходу формирования номера канала с максималь- ным значением частотного анализатора, тактовый вход которого подключен к выходу первого делителя, соединенному первым входом элемента ИЛИ с информационным входом второго делителя, выход которого подключен к R-входу триггера, S-вход которого является входом запуска автокоррелятора, соединен с входами обнуления, делителей и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуле- ния блока делителей, информационный вход которого соединен с выходом элемента И. входы которого подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и прямому выходу триггера, выход

блока делителей соединен с синхровходами частотного анализатора и блока аналого- цифровых преобразователей.

ФА.

77/

ЈL

20

-

}

ЧШ

18

Фиг. 2