Устройство для корреляционнойОбРАбОТКи СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/19 

Изобретение относится к области специализированных средств вычислительной техники и может быть использовано для оптимальной обработки сигналов в реальном масштабе времени при наличии коррелированных помех, изменяющих свои характеристики от реализации к реализаци, в радиолокации, радионавигации, радиосвязи и т. д.

Известно корреляционное устройство для оптимальной обрабокти сигналов в присутствии аддитивных нормальных коррелированых помех в условиях изменения от реализации к реализации формы корреляционной функции помех 1. Это устройство состоит из двух перестраиваемых оптимальных на фоне «белых шумов фильтров с ортогональными анализаторами Лагерра, -нагруженных на вычитающее устройство, соединенное с первыми входами вычислителя, на вторые входы которого подается напряжение с ортогонального анализатора Лагерра полезного сигнала, а выход вычислителя лодсоединен к первым входам линейки перемножителей, на вторые входы которой подается напряжение с выходов ортогонального анализатора Лагерра входной смеси сигнала и помехи, а выходы соединены с сумматором, выход которого является выходом устройства.

Входная смесь сигнала и помехи подается на оптимальный перестраиваемый фильтр с ортогональным анализатором Лагерра, на выходе которого формируется ортогональный спектр корреляционной функции входной смеси. На другом перестраиваемом оптимальном фильтре с ортогональным анализатором Лагерра формируется ортогональный спектр корреляционной функции сигнала. На выходе вычитающего устройства формируется ортогональный спектр корреляционной функции помехи. Вычислительное устройство из ортогонального спектра сигнала н корреляционной функции помехи формирует ортогональный спектр импульсной характеристики оптимального ф;1 льтра, на который подается входная смесь сигнала и помехи. Последняя проходит через ортогональный анализатор Лагерра и перемножается на сформированные ортогональные спектры оптимальной импульсной характеристики оптимального фильтра. Все выходы перемножителей подключены к сумматору, на выходе которого формируется искомая оптимальная корреляционная функция.

Это устройство реализует метод построения оптимальных фильтров в соответствии с решением уравнення оптимальной фильтрации, основанный на представлении

входных сигналов, корреляционных функций помех и нскомой импульсной характеристики в виде ортогональных рядов по выбранной системе ортогональных функций.

Это устройство сложно (особенно вычислительный блок) и может быть использовано для ограниченного числа базисов.

Известно устройство 2, которое состоит из многоканального коррелятора, нагруженного на усилитель, линейки умножнтелей-усреднителей и линейки двухканальных сумматоров, в состав которых входит линейка инверторов. Выход усилителя, являющийся выходом устройства, подключен к первым входам линейки умножителей-усреднителей, на вторые входы которой подаются ортогональные составляющие напряжения помехи, а выходы линейки умножителей-усреднителей нагружены через линейку инверторов на первые входы линейки двухканальных сумматоров, на вторые входы которой подаются ортогональные составляющие напряжения сигнала. Выходы линейки двухканальных сумматоров нагружены на вторые входы многоканального коррелятора, на первые вх;оды которого подаются ортогональные состявляющие входной смеси сигнала и помехи.

Недостатком устройства Я1вляется формирование оптимального алгоритма корреляционного интеграла только для нулевых задержек.

Наиболее близким но составу оборудования к описываемому устройству является коррелятор, содержащий два фильтра Лагерра, блок умножения-усреднеиия, блок умножения и многовходовой сумматор 3.

В таком устройстве невозможно иолучить в реальном времени оптимальную корреляциоиную функцию при нормальных аддитивных помехах, изменяющих спектральные свойства от реализации к реализации.

Цель изобретения - устранение указанного недостатка.

Эта цель достигается тем, что в устройство для оптимальной обработки сигналов, содержащее первый и второй фильтры Лагерра, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, б.лок умножения-усреднения, нервый вход которого является третьим входом устройства, а выходы подключены к первой группе входов блока умножения, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами второго фильтра Лагерра, выходы блока умножения соединены с соответствующими входами миоговходового сумматора, введены многоканальный коррелятор, инвертор и двухвходовой сумматор, первый вход которого является четвертым входом устройства, второй вход подключен к выходу инвертора, вход которого соединен с выходом многовходового сумматора. Входы первой группы многоканального коррелятора соединены с соответствующими выходами первого фильтра Лагерра, входы второй группы многоканального коррелятора - соединены с выходом двухвходового сумматора, а выходы многоканального коррелятора подключены к соответствующим входам блока умножения-усреднения, который является входом устройства, нагружены на первый входы многоканального коррелятора, выходы которого являются выходами устройства и подключены к первым входам линейки умножителей-усреднителей, на вторые входы которой подается напряжение помехи, а выходы подключены к первым входам линейки умножителей, вторые входы которой подсоединены к соответствующим выходам второй линейки ортогональных фильтров Лагерра, на которую подается запускающий дельта-импульс. Выходы линейки умножителей нагружены па многоканальный сумматор, напряжение с которого через инвертор поступает на первый вход двухканального сумматора.

На чертел е представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит нервый фильтр Лагерра /, многоканальный коррелятор 2, блок 3 умножения-усреднения, блок 4 умножения, второй фильтр Лагерра 5, многовходовой сумматор 6, инвертор 7 и двухвходовой сумматор 8.

Вход фильтра Лагерра 1 является одним из входов устройства. Выходы фильтра Лагерра / подключены к первым входам коррелятора 2, выходы которого являются выходами устройства. Выходы коррелятора 2 соединены с .входами первой группы блока 3 умножения-усреднения. На вторые входы которого подается наиряжение помехи. Выходы блока 5 подсоединены к иервым входам блока умножения 4, вторые входы которого нагружены на соответствующие выходы фильтра Лагерра 5. На вход фильтра Лагерра 5 подается дельта-импульс. Выходы блока умножения 4 соединены со входами сумматора 6, выход которого через инвертор 7 подключен к первому входу сумматора 8, на второй вход которого подается напряжение сигнала. Выход сумматора 8 соединен со всемн вторыми входами коррелятора 2.

На вход устройства поступает аддитивная смесь сигнала и помехи, которая, пройдя через фильтр Лагерра 1, подается на первые входы коррелятора 2. Напряжение с выходов коррелятора 2, которое является выходным, перемножается с помехой и уср едняется блоком 3 умноженияусреднения, напр яжение с выходов которого поступает на первые входы блока умножения 4, на вторые входы которого подается напряжение с фильтра Лагерра 5,

5

возбуждаемого в момент начала формирования выходного напряжения устройства дельта-имнульсом. Выходное напряжение с блока умножения 4 поступает на сумматор 6, проходит через инвертор 7 и поступает на первый вход сумматора 8, на второй вход которого подается напряжение сигнала. Выход сумматора 8 подключен ко входам второй группы коррелятора 2.

Искомая корреляционная функция представлена в устройстве в виде коэффициентов разложения в базисе Лагерра на выходе коррелятора 2.

Покажем, что предлагаемое устройство выполняет онерацию взятия корреляционной функции, оптимальной в смысле получения на выходе максимального значения отношения напряжения сигнала к среднеквадратичному значению напряжения помехи при аддитивных флюктуационных нормальных помехах с корреляционной функцией, изменяющейся от реализации к реализации.

Такая корреляционная функция находится из выражения

В(Т- ) lu,+,(t)V(,

п

где С/с+п (t) - входная аддитивная смесь сигнали и помехи, а V (t) - находится из уравнения

1/(5) Уе(5) J/,,(T)l/(.-S)d о

где () автокорреляциоииая функция помехи.

{/с (5) - реализация сигнала.

Если автокорреляционную функцию помехи представить в виде

R,()lu,+,(t}.U(.)dt, о

где и„ (t) - реализация помехи, то

U(S) U,IS}- lu(i}B(. о

Представим В (t; т) в виде ряда по ортонормированному базиеу

б(7;т)г. а„(0-6п(т)

где

a,(t) lB(t- T)(T)d. Jn(t)V{t)dt.

6

Здесь /п (/) - представляет собой напряжение на выходе ортогонального фильтра с импульсной характеристикой (О при воздействии на него входной реализации. Значит, для ол чення а (t необходимо подать на коррелометр с аппроксимацией входную реализацию сигнала и помехи и напряжение V (t), которое можно получить из а„ по следующему алгоритму

K(S) fy,(S)- V .„(S) lu,(t)a,,(f)dt.

Предлагаемое устройство позволяет иолучить в реальном масщтабе времени оптимальную корреляционную функцию при аддитивных флюктуационных нормальных помехах с изменяющейся от реализации к реализации автокорреляционной функцией. Это устройство в отличие от известных позволяет получать оптимальную корреляционную функцию при всех значениях

своего аргумента, что позволит использовать его для оценки параметров сигналов в сложных помеховых ситуациях.

Формула изобретения

30

Устройство для корреляционной обработки сигналов, содержащее первый и второй фильтры Лагерра, входы которых являются соответственно первым и вторым входами устройства, блок умножения-усреднения, первый вход которого является третьим входом устройства, а выходы подключены к первой группе входов

блока умножения, вторая группа входов которого соединена с соответствующими выходами второго фильтра Лагерра, выходы олова блока умножения соединены с соответствующими входами многовходового

сумматора, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет получения в реальном времени оптимальной корреляционной функции при нормальных аддитивных помехах, изменяющих спектральные свойства от реализации к реализации, в устройство введены многоканальный коррелятор, инвертор и двухвходовой сумматор, первый вход которого является четвертым входом

устройства, второй вход подключен к выходу инвертора, вход которого соединен с выходом многовходового сумматора, входы первой группы многоканального коррелятора соединены с соответствующими выходами первого фильтра Лагерра, входы второй группы многоканального коррелятора соединены с выходом двухвходового сумматора, а выходы многоканального коррелятора подключены к соответствующим

входам блока умножения-усреднения.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе:

1. «Радиотехника и электроника, т. 20, 1975, №3, с. .647.

2.«Радиотехника и электроника, т. 19, 1974, № И, с. 24:15.

3.ЖОБИНСКИЙ В. Н., Арховский В. Ф. Корреляционные устройства. М., «Энергия, 1974, с. 46 (прототип).

Вь/х