ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР Советский патент 2006 года по МПК H01K13/00 

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для обработки широкополосных фазоманипулированных сигналов.

Известны многочисленные конструкции фильтров для обработки широкополосных фазоманипулированных сигналов (авт. св. №361446 от 31.01.73 г. МКИ² G 01 R 19/02; Н 04 N 5/14), которые выполнены на аналоговых линиях задержки.

Недостатком приведенных выше изобретений является то, что величина базы сигнала, проходящего через данные фильтры, ограничена температурной нестабильностью аналоговых линий задержки.

Из известных фильтров наиболее близким по технической сущности является цифровой согласованный фильтр, описанный в книге "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.П.Пестрякова, изд. "Сов.радио", 1975, с.264-303.

Схема прототипа представлена на фиг 1, где:

1 - ограничитель;

2; 3 - перемножители;

4 - генератор опорного напряжения;

5; 6 - решающие устройства;

7 - генератор тактовых импульсов;

8; 9 - регистры сдвига;

10; 11 - сумматоры;

12; 13 - квадрирующие устройства;

14 - устройство суммирования и извлечения корня квадратного.

Цифровой согласованный фильтр, представленный на фиг. 1, содержит: ограничитель 1, соединенный с входами перемножителей 2 и 3, генератор опорного напряжения 4, который подключен к другим входам перемножителей 2 и 3, решающие устройства 5 и 6, входы которых присоединены к соответствующим входам перемножителей 2 и 3. Остальные входы решающих устройств 5 и 6 подключены в выходам генератора тактовых импульсов 7. Выходы решающих устройств 5 и 6 соединяются с соответствующими входами регистров сдвига 8 и 9, выход генератора тактовых импульсов подключен к регистрам сдвига 8 и 9. В свою очередь выходы регистров сдвига 8 и 9 присоединены к соответствующим входам сумматоров 10 и 11, а выходы суматоров 10 и 11 подключены к квадрирующим устройствам 12 и 13. Выходы квадрирующих устройств 12 и 13 соединены с входами устройства суммирования и извлечения корня квадратного 14.

Принцип действия такого фильтра следующий. Фазоманипулированный сигнал длительностью Б×Т (где: Т - длительность элементарного импульса, а Б - база сигнала) подается на вход ограничителя 1. Ограниченный по амплитуде сигнал с выхода ограничителя 1 подается на входы перемножителей 2 и 3, на другие входы которых подаются опорные напряжения с опорного генератора 4, причем эти напряжения подаются с частотой равной несущей частоте сигнала и сдвиг по фазе между ними 90°.

После перемножения сигнал с выходов перемножителей 2 и 3 поступает на решающие устройства 5 и 6 соответственно. В решающих устройствах сигнал обрабатывается, и выдаются решения в виде 0 или 1 с частотой стробирования, которая определяется как 2/Т и подается с генератора тактовых импульсов 7. Сигнал с решающих устройств 5 и 6 поступает на соответствующие входы регистров сдвига 8 и 9, которые имеют 2×Б разрядов каждый. С каждого второго разряда регистров сдвига 8 и 9 задержанные сигналы подаются на соответствующие суммирующие устройства 10 и 11. С выхода суммирующих устройств сигналы поступают на квадрирующие устройства 12 и 13 и затем на устройство суммирования и извлечения корня квадратного 14.

Если фазоманипулированный сигнал согласован с откликом фильтра, который определяется кодом сумматора, то на выходе получим функции автокорреляции, а также автокорреляционный пик в определенный момент времени. Если же входной фазоманипулированный сигнал не согласован с откликом фильтра, то на входе будем иметь функцию взаимной корреляции.

Одним из существенных недостатков, присущих данному цифровому фильтру, является небольшое отношение автокорреляционного пика к боковым лепесткам и выбросам функции взаимной корреляции.

Еще одним из существенных недостатков, присущих данному фильтру, является то, что величина базы сигнала (Б), обрабатываемого данным фильтром, ограничена сложностью реализации регистра сдвига, имеющего 2×Б разрядов и выводы с каждого второго разряда.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение отношения автокорреляционного пика к боковым лепесткам и выбросам функции взаимной корреляции и упрощение схемы фильтра для сигналов с большой базой и большой длительностью.

Поставленная цель достигается тем, что выходы каждого (2n×i)-го разряда регистров сдвига, с количеством разрядов равным 2×Б=(2n×m) каждый, через 2m фазовых манипуляторов соединены с 2m входами суммирующей матрицы. В свою очередь 2n выхода суммирующей матрицы соединены с отводами двух аналоговых линий задержки. А выход опорного генератора подключен к входам 2m фазовых манипуляторов.

Предлагаемое устройство цифроаналогового фильтра поясняется блок-схемой, изображенной на фиг.2, где:

1 - ограничитель;

2; 3 - перемножители;

4 - генератор опорного напряжения;

5; 6 - решающие устройства;

7 - генератор тактовых импульсов;

8; 9 - регистры сдвига;

10; 11 - линейки фазовых манипуляторов;

12 - суммирующая матрица;

13; 14 - аналоговые линии задержки;

15; 16 - квадрирующие устройства;

17 - устройство суммирования и извлечения корня квадратного.

Цифроаналоговый согласованный фильтр содержит ограничитель 1, соединенный с входами перемножителей 2 и 3, к другим входам которых подключен генератор опорного напряжения 4. Выходы перемножителей 2 и 3 соединены с входами решающих устройств 5 и 6, соответственно. Причем генератор опорного напряжения 4 подключен к генератору тактовых импульсов 7, выходы которого соединены с входами решающих устройств 5 и 6. Выходы решающих устройств 5 и 6 подсоединены к соответствующим входам регистров сдвига 8 и 9, с количеством разрядов равным 2×Б=(m×2n) каждый. К регистрам сдвига 8 и 9 подключен генератор тактовых импульсов 7. Выходы регистра сдвига 8 с каждого (2n×i) разряда подключены к линейке фазовых манипуляторов 10, причем выход (2n×i) разряда присоединен к i-тому фазовому манипулятору в линейке 10 для i=1...m. Выходы регистра сдвига 9 с каждого (2n×i) разряда соединены с линейкой фазовых манипуляторов 11, при этом выход (2n×i) разряда подключен к i-тому фазовому манипулятору в линейке 11 для i=1...m. К остальным входам фазовых манипуляторов линеек 10 и 11 включен опорный генератор 4. Выходы фазовых манипуляторов линеек 10 и 11 соединены с 2m входами суммирующей матрицы 12. Суммирующая матрица 12 своими 2n выходами подключена к 2n входам аналоговых линий задержки 13 и 14, выходы которых, в свою очередь, соединены с соответствующими входами квадрирующих устройств 15 и 16. К выходам квадрирующих устройств 15 и 16 подключены входы устройства суммирования и извлечения корня квадратного 17.

Цифроаналоговый согласованный фильтр состоит из двух квадратурных каналов А и В с целью устранения неопределенности по фазе. Каналы А и В идентичны, за исключением того, что напряжения, подаваемые на перемножители 2 и 3 с опорного генератора 4 при равной частоте (f), сдвинуты по фазе на 90°. Поэтому имеется возможность рассмотреть работу одного канала А.

Фазоманипулированный по закону M-последовательности сигнал с несущей частотой f, с величиной базы равной Б, с длительностью элементарного импульса Т и общей длительности сигнала равной Б×Т, подается на вход ограничителя 1. Сигнал, ограниченный по амплитуде, подается на перемножитель 2, где перемножается с поступающим с опорного генератора 4 напряжением, имеющим частоту f. С выхода перемножителя 2 сигнал подается на вход решающего устройства 5, на которое кроме сигнала подается еще и напряжение с генератора тактовых импульсов 7. Это напряжение подается с частотой стробирования (f_ст), определяемой из условия, чтобы получить два стробирующих импульса на один элементарный импульс

т.е. два отсчета на один элементарный импульс (это связано с устранением неопределенности по задержке).

Сигнал в решающем устройстве 5 стробируется и выдается решение о наличии и отсутствии напряжения стробирования, т.е. на входе решающего устройства имеем сигнал в виде набора импульсов с амплитудой 0 или 1 и частотой f_ст. Сигнал с выхода решающего устройства 5 поступает на вход регистра сдвига 8 и записывается в регистре с тактовой частотой f_ст. Сигнал снимается с каждого (2n×i) разряда регистра сдвига задержанным на величину времени, определяемую как:

Ti=nT×i

для i=1...m,

в виде импульсов с напряжением 0 или 1.

Эти импульсы подаются на линейку из m фазовых манипуляторов 10.

На другие входы фазовых манипуляторов поступает напряжение с опорного генератора 4 со средней частотой (f_ср) полосы пропускания аналоговой линии задержки 13. Фазовые манипуляторы линейки 10 переводят видеосигнал, поступающий на вход в радиосигнал с частотой f_ср и манипуляцией по фазе 0; П, который можно рассматривать как сигнал с амплитудой (+1) и (-1). С выхода фазовых манипуляторов сигнал подается на вход суммирующей матрицы 12. В суммирующей матрице сигнал частично складывается из m элементарных импульсов в каждый момент времени. Полученные таким образом суммы напряжений подаются на n входов многоотводной аналоговой линии задержки 13, в которой они задерживаются на величину времени i×T для i=1...n и суммируются. С выхода линии задержки 14 сумма напряжений поступает на вход квадрирующего устройства 15, где возводится в квадрат и подается на вход устройства суммирования и извлечения корня квадратного 17. На это же устройство поступает и напряжение канала В. Напряжения, поступившие из каналов А и В, суммируются и вычисляется корень квадратный из этой суммы.

При поступлении на вход сигнала манипулированного по закону М-последовательности, код которой соответствует коду суммирующей матрицы, на выходе фильтра будем иметь напряжение автокорреляции. Причем, когда вся последовательность запишется в регистр сдвига, на выходе появится автокорреляционный пик, если код М-последовательности не соответствует коду суммирующей матрицы, то на выходе фильтра будем иметь выбросы функции взаимной корреляции.

Использование регистров сдвига, имеющих выходы с каждого (2n×i) разряда для i=1...m, соединенные через 2m фазовых манипуляторов с 2m входами суммирующей матрицы, подключенной 2n выходами к отводам аналоговых линий задержки и подключение выхода опорного генератора к 2m выходам фазовых манипуляторов, позволяет получить отношение автокорреляционного пика к боковым лепесткам и выбросам функции взаимной корреляции значительно превышающим данные характеристики прототипа и дает возможность упрощения схемы фильтра для обработки сигнала с большой базой и большой длительностью. Получение лучшего, по сравнению с прототипом, отношения автокорреляционного пика к боковым лепесткам и выбросам функции взаимной корреляции достигается за счет использования в суммирующей матрице сложения напряжения с амплитудами (+1) и (-1).

Сравнительные характеристики фильтра, взятого за прототип и предлагаемого цифро-аналогового согласованного фильтра для ФМ-сигнала с базой Б=15 (Результаты по фильтру-прототипу взятые из книги "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.Б.Пестрякова, Сов. радио, 1975, с.281 рис.7.4.7)

ТипОтношение автокорреляционного пика с боковым лепестком (наихудшее)Отношение автокорреляционного пика к выбросам взаимной корреляции (наихудшее)Фильтр-прототип1,61,6предлагаемый цифроаналоговый согласованный фильтр3,83,8

Цифроаналоговый согласованный фильтр содержит ограничитель, два перемножителя, генератор опорного напряжения, генератор тактовых импульсов, два решающих устройства, два регистра сдвига с количеством разрядов, равным 2×Б каждый, два сумматора, устройство возведения в квадрат, устройство извлечения корня квадратного из суммы, причем выходы каждого второго разряда регистров сдвига соединены с входами сумматоров, а выходы сумматоров с входами устройств возведения в квадрат. Выходы каждого (2n×i)-го разряда регистров сдвига, с количеством разрядов, равным 2Б=(2n×m), для i=1...m через 2m фазовых манипулятора соединены с 2m входами суммирующей матрицы, 2n выхода которой соединены с отводами аналоговой линии задержки и выход опорного генератора соединен с входами 2m фазовых манипуляторов. Технический результат - увеличение отношения автокорреляционного пика с боковым лепесткам и выбросам функции взаимной корреляции и упрощение схемы фильтра для сигналов с большой базой и большой длительностью. 2 ил.

Цифроаналоговый согласованный фильтр, содержащий ограничитель, два перемножителя, опорный генератор, тактовый генератор, два решающих устройства, два регистра сдвига с количеством разрядов, равным 2×Б каждый, два сумматора, устройство возведения в квадрат, устройство извлечения корня квадратного из суммы, причем выходы каждого второго разряда регистров сдвига соединены со входами сумматоров, а выходы сумматоров со входами устройств возведения в квадрат, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения автокорреляционного пика с боковым лепестком и выбросом функции взаимной корреляции и упрощения схемы фильтра для сигналов с большой базой и большой длительностью, выходы каждого (2n×i)-го разряда регистров сдвига с количеством разрядов равным 2Б=(2n×m) для i=1...m через 2m фазовых манипулятора соединены с 2m входами суммирующей матрицы, 2n выхода которой соединены с отводами аналоговой линии задержки и выход опорного генератора соединен с входами 2m фазовых манипуляторов.