Цифровой многоканальный коррелятор периодических фазоманипулированных сигналов Советский патент 1980 года по МПК G06F17/15 

Изобретение относится к технике обработки периодических фазоманипулиро- ванных (ПФМ) сигналов и может быть использовано в радиолокации и.радионавигации. В многолучевых радиоканалах, используюи1Их для измерения временных интерг валов ПФМ сигналы, разделение сигналов различных лучей, отличающихся запаздываниями и амплитудами, осуществля ется с помощью сжатия сигналов линейными устройствами (фильтрами или корреля торами) . В общем случае сжатый сигнал .состоит из одного основного лепестка и малых по амплитуде боковых лепестков В многоканальном корреляторе основной лепесток - это выходная величина одного из каналов, в котором опорный сигнал по временному сдвигу совпадает с входным сигналом, а боковые лепестки - это выход1Ь1е величины остальных каналов коррелятора. Для полного разделения сигнапов разных лучей в неограниченном динамическом диапазоне требуется полное по- Давление боковых лепестков. Для этого используют так называемую весовую обработку. При этом на перемножители многоканального коррелятора подают опорные сигналы, отличающиеся по форме от обрабатываемого сигнала, и подбирают их так, чтобы получить нулевой уровень боковых лепестков. Структурная схема многоканального коррелятора при переходе от согласованной к весовой обработке никак не изменяется. Известен мно чэканальный коррелятор, содержащий в каждом канале блок умножения, блок усреднений, генератор эталонного сигнала и блок задержки ИВ этом корреляторе реализация ди4ьровых блоков умножения сложна, а быстродействие недостаточно. Известен алгоритм получения оперных сигналов, приводящий к полному подавлению боковых лепестков ПФМ сигналов VSIJ. Наиболее просто генерируются н обрабатываются ПФМ сигналы без амплитудной модуляции с двумя значениями фаз О, г элементарных импульсов. Эти же сигналы можно рассматривать как не имеющие фазовой манипуляции, но с двумя значениями амплитуд элементарных импульсов +1 и -1. Среди этих сигналов наиболее распространены М-последов тельности, последовательно Холла, Якоби Лежандра, а также зингеровы коды, имею щие одноуровневые периодические авто корреляционные функции (ПАКФ), т.е. для каждого из этих сигналов при согласованной обработке все собственные (неподавленные) боковые лепестки одинаковы и не равны нулю. Из этого следует, что для таких сигналов амплитуды элементарных импульсов опорных сигналов, в случае весовой обработки с полны подавлением боковых лепестков, принимают так же, как и во входном сигнале, два разнополярных значения Ы и р) , но не равные +1 и -1 {например, с. +2 Р 14). Таким образом, при цифровой реализации известного m -канального корреляционного приемника с полным подавл&нием боковых лепестков он со;5ержит генератор опорной кодовой последовательности, выход которого подключен ко вход регистра сдвига, аналого-цифровой преоб разователь (АЦП), вход которого являе ся входом устройства, m каналов, каждый из которых содержит накапливающий сумматор и блок умножения, первые входы блоков умножения соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя. Для генерирования этих опорных последовательностей, сдвинутых друг относительно друга на интервалы времени, кратные длительности одного элементарного импульса ПФМ сигнала, период тактовой частоты этого регистра сдвига равен длительности одного элементарного импульса входного и опорных сигналов. Выходы всех TI ячеек регистра сдвиг через постоянные запоминающие устройст (ПЗУ) подключены ко вторым входам блоков умножения. Элементы кодовых последовательностей (+1, -1), поступая в ПЗУ, считывают записанные там числа с. в , которые поступают на вторые входы перемножителей. При этом, если в | -ЮМ такте на вход j -го ПЗУ поступает +1, то считывается из этого ПЗУ число ся и подается на второй вход j -го перемножителя. При поступлении на вход ПЗУ -1. считываетс и подается на вtopoй вход соответствуюtaePD перемножителя число Ь . В каждом такте точечная выборка, взятая из обрабатываемого ПФМ сигнала, преобразуется АЦП в многоразрядное число, которое умножается в каждом псремножи- теле на число сА или Ь , поступающее в данном такте на второй вход каждого пертмножителя. Результаты перемножений в каждом такте суммируются в накапливающих сумматорах соответствующих каналов. Таким образом накапливающие сумматоры играют роль цифровых интеграторов многоканального коррелятора. Если при обработке ПФМ сигнала с одноуровневой ПАКФ числа а и р выбраны в соответствии с известной теорий, то уровень боковых лепестков будет нулевым . Недостатками описанного ци4)овогчэ многоканального коррелятора являются низкое быстродействие и больщой объем оборудования. Цель изобретения - повьпиение быстродействия и уменьшение объема оборудования многоканального цифрового коррелятора. Поставленная цель достигается тем, что в коррелятор введены последовательно соединенные дополнительный накапливающий сумматор, дополнительный блок умножения и в каждом канале переключатель, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока умножения, а второй - с выходом дополнительного блока умножения, выход каждого переключателя подключен ко входу накаг ливающего сумматора своего канала, причем вход дополнительного накапливающего сумматора подключен к выходу аналогоцифрового преобразователя, а вторые входы блоков умножения соединены с соответствующими выходами регистра сдвига. При таком пЬстроении схемы операции умножения производимые в блоках умножения в каждом такте требуют значительно меньшего времени, чем в известном корреляторе, так как числа с выхода АЦП в предлагаемом корреляторе в каждом такте умножаются на +1 или -1, что практически не требует затрат времени. Объем оборудовани.я уменьщается иэ-за отсутствия в предлагаемом корреляторе большого числа ПЗУ и за счет упрощения перекшожителей, работа которых расчптана на умножение только на и -1. Уменьщается также требуемый объем накапливающих сумматоров, так как на их входь: поступак5т те же числа с АЦП, что и в известном корреляторе, но умноженные лишь на +1 и -1, в то время как в известном корреляторе они умножались на многоразрядные числа о( и Ь, На чертеже изображена схема описью Баемого много-.анального цифрового кор релятора. Цифровой многоканальный коррелятор содержит на входе АЦП i, выход которого подключен ко входам гп блоков умножения 2, выходы которых через переключатели 3 подсоединены ко входам соответсргвуюших накапливающих сумматоров 4. При этом вторью входы блоков умножения непосредственно подключе ны к соответствующим выходам in -ра&рядного двоичного регистра сдвига 5, вход которого подключен к выходу генера тора 6 опорной кодовой последовательности, а ко вторым входам переключателей 3 подключен АЦП 1 через последовательно соединенные дополнительный накапливающий сум.1атор 7 и дополнительный блок умножения 8. В описываемом корреляторе опорные кодовые последовательности, состояшие из +1 и -1 непосредственно с выходов регистра сдвига 5 подаются на вторые входы блоков умножения 2. При этом операция умножения заключается только в определении знака слагаемых, поступающих затем на накапливающие суммато ры 4., В дополнительном накапливающем сумматоре 7 в течение всего времени анешиза прюизводнтся накопление всех выборочных значений входного сигнала. После окончания накопления входы накап лиЕаюших сумматоров 4 с помощью переключателей 3 подключаются к выхдду блока умножения 8. Затем содержимое сумматора 7 умножается в блоке 8 на постоянный коэффициент Н и полученно при этом число подается через переключатели 3 на входы всех накапливающих сумматоров 4. В описываемом многоканальном лифро вом коррел5ггоре происходит полное пода ление боковых лепестков, и можно опред лить значение числа Ч , при котором на блюдается это полное гюдавление. I Обозначим число накапливаемых пери одов сигнала через М, а число символов на одном периоде кода ПФМ сигнала ч рез N Тогда после окончания анаяи за результат накопления в од1юм из сум маторов 4 прямо пропорционален чиспу накопленных выборок М N и амшгатуде ВХОДНОГО сигнала А, Это основной лепесток LOCH. Боковые лепестки -БОК. результаты накопления в остальных каналах, будут пряню пропорциональны уровню фона одноуровневой неноршфованной ПАКФ R , числу периодов М и амплитуде сигнала А (L -MRA) При этом сумма S , накопленная в сумматоре 7, оказь1вается ра& ной S М-Л (), где К - число символов одного периода кода, равных +1. Отсюда видно, что в предлагаемом корреляторе коэффициент нужно выбрать равным tj -b-goi, АR S )гК-н Если умнон ить накопленное в сумматоре 7 число S на К, а затем прибавить его к накопленному в сумматоре 4, неподавленному боковому лепестку LBOK последний будет скомпенсирован до нуля. Значение коэффициента К, кроме того, как видно из (1), не зависит от числа накапливаемых периодов М н от амплитуды входного сигнала, а определяется только параметрами кода, т.е. фоном ПАКФ и числом символов, равных +1 на одном периоде кода. Таким образом описанный многоканальный цифровой коррелятор так же,как и известный кодэелатор, осуществляет полное подавление боковых лепестков, но обладает большим быстродействием и меньщим объемом оборудования. Количественную оценку указанных преимуществ предлагаемого коррелятора определяем на конкретном примере. Пусть ПФМ сигнал построен на основе зингерова кода длиной 121, Ненормиро ванный фон ПАКФ в этом случае R 13, К 4Ои2К-Н - 41. Коэффициенты ck и ft в известном корреляторе легко вычисляются и соответственно раьны Ы +27, р, -14. Пусть число каналов коррелятора m равно числу /символов кода на периоде п Ы , т.е. коррелятор осуществляет полностью параллельную обработку вход- ной информадии. Пусть также входная информация преобразуется в АЦП в 1Оразрядные слова. Оценим объем оборудования и быстродieйcтвиe известного коррелятора, Объем памяти ПЗУ, требуемый для хранения коэффициентов сЛ и р) , равен 1400 бит. Каждое множительное устро ство состоит из двух регистров длиной . .,; «/ y/ f i. -f 7 - .. 7 16 и lO и одного полного параллельно1х сумматора. Время умножения составляет при этом величину, равную ty 121- , где j. - время выполнения одной элеме тарной операции сдвига или сложения. .При этом время умножения в основном огфеделяет быстродействие известного коррелятора, т.е. частоту дискретизации входных сигналов. В предлагаемом корреляторе коэффициент И jj для реализации накапливающего сумматора 7 и блока умножения 8 требуется объем оборудования, равный всего одной сто двадцать первой части от объема оборудования, необходимого дпя реализации накапливающих сумматоро и перемножителей в известном корреляторе, В этом слзчае в предлагаемом корреляторе исключаются ПЗУ общим объе мом 14ОО бит. Реализация перемножителей в каждом канале по сравнению с прототипом практически не требует Зс)тра оборудования, а каждый переключатель представляет собой один корпус микросхемы серии 155. Объем оборудования, необходимый для реализации накапливающ сумматоров, может быть также уменьшен за счет снижения разрядности поступающи на них чисел. Быстродействие.предлагаемого коррелятора увеличивается примерно в 12 раз и определяется временем вьтол нения элементарных операций типа сложения. Предлагаемый коррелятор выгодно отличается от известного как по быстродействию, так и по объему оборудования Формула изобретения Цифровой многоканальный коррелятор периодических фазоманипулированных сигналов, содерйсащий генератор опорной кодовой последовательности, выход которого подключен ко входу регистра сдвига, алалог-о-цифровой преобразователь, вход которого является входом устройства, каналов, каждый из которых содержит накапливающий сумматор и блок умножения, первые входы блоков умножения соединены с выходом анапогх)- цифровог-о преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия,в коррелятор введены последовательно соединенные дополнительный накапливающий сумматор и дополнительный блок умножения и в каждый канал переключатель, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего блока умножения, а второй - с выходом дополнительного блока умножения, выход каждого переключателя подключен ко входу накапливающего сумматора своего канала, причем вход дополРП1тельного 1 акапливающего сумматора подключен к выходу аналогхз-цифровог-о преобразователя, а вторые входы блоков умнож& ия соединены с соответствугопшми выходами регистра сдвига. Источники ин4юрмацни, принятые во внимание при экспертизе 1. Грибанов Ю. И. и др. Автоматические цифровые корреляторы, M.,3vllpгияГ 1971, с. 123-126. 2.Ппатов В. П. Полное подавление боковых лепестков корреляционных функций фазоманипулированных сигналов. Радиотехника и электроника , 1977, № 8, с. 1600 (прототип).