Согласованный фильтр Советский патент 1981 года по МПК H03H15/00 

(54) СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР

1

Изобретение относится к технике связи, гидроакустике/ приборостроению, радиолокации и может быть исползовано для выделения сигналов из помех.

Известен согласованный фильтр, содержа1чий линию задержки, отводы которой через блоки взвешив ния подключены к cy 1мaтopy 11J .

Указанное устройство обеспечивает наибольшее возможное отношение си нал-Шум на выходе лишь в том случае, если сигналы предъявляются на фоне белого и окрашенного шума. Во многих практически важных случаях это условие не выполняется. Так, при действии сильных нестационарных сосредоточенных помех метод согласованной фильтрации оказывается неприменимым, так как попадание какой-либо помехи достаточного уровня только в некоторые из параллельных фильтров, входящих в состав согласованного .фильтра, приводит к ложньт срабатываниям всего согласованного фильтра несмотря на отсутствие сигнала, с формой которого он согласован, указанный недостаток является следствием того, что по принципу действия существующих согласованных фильтров эффект

накопления энергии в них осуществляется без:-достаточно полного учета ее распределения по области частот пропускания фильтров. Этот недостаток ограничил область применения согласованных фильтро.в условиями, при .которых помехами являются лишь белые или окрашенные шумы.

Известен также согласованный фильтр,

0 содержащий преобразователь частоты в координату, сумматор и N каналов фильтрации, в которых перед блоками взвешивания включены ограничители l2J.

Однако при использовании ограни5чителей существенно уменьшается динамический диапазон схемы, так как возникают нелинейные и комбинационные искажения, что приводит к существенному снижению общей помехоустойчиво0сти согласованного фильтра.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости при приеме сложных сигналов в условиях нестационарных со-я средоточенных помех.

5

Для этого в согласованный фильтр, содержащий преобразователь частоты в координату, сумматор и N каналов фильтрации, каждый из которых содержит ограничитель, выход которого соединен с одним из входов блока взвеши0

вания, введены мыоговходовой элемент И и в каждый канал фильтрации - блоки разн95:ти, блок сравнения, ключи и элементы И и ИЛИ-НЕ, причем ко входу каждого канала фильтрации подключены три выхода преобразователя частоты в координату, .два из которы: подключены к первым входа. блоков раНости, а третий выход -- к сигна.пьным входам ключей, к первому входу блока сравнения и ко вторым входам блоков разности, выход ка5вдого из кото 1к соединен с одним из входов элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, выходы которых подключены ко второму входу блока сравнения и к одному из входов многовходового элемента И, выход которого подключен к третьему входу флока сравнения, при этом выход блоjjca сравнения соединен с управляющийи входами ключей, выход одного из которых подключен ко входу ограничителя, а выход другого к другому аходу блока взвешквания выход которого, соединен с одним из входов сумматора.

На чертеже представлена структурная электрическая схема согласованного фильтра.

Согласованный фильтр содержит преобразователь частоты в координату 1 (ПЧК), каналы фильтрации 2, сумматор 3, мкоговходовой элемент И 4, каждый канал фильтрации 2 содержит блоки разности 5 и 6, блок рравнения 7, элемент И 8, элемент ИЛИ-НЕ 9, ключи 10 и 11, ограничитель 12, блок взвешивания 13. Выходы преобразователя 1 частоты в координату, расположенные на участках, соответствующих характерным элементам формы отображения заданного сигнала, объединены в группы по три. Средние отводы в этих группах относятся к одному параллельному частотно-избирательному каналу 2 фильтрации . Средние отводы каждой группы выходов ПЧК 1 соединены одновременно с сигнальными входами двух ключей 10 и 11, со входами двух блоков разности 5 и 6 и со входом блока 7 сравнения. На второй вход блоков разности 5 и б подключены боковые отводы с соответствующей группы выходов ПЧК 1, а выходы блоков peisности 5 и б соединены со входами элемента И 8 и со входами элемента ИЛИ-НЕ 9, выходы которых объединены и подключены ко второму входу блока сравнения 7 и ко входагл многовходового элe 1eнтa И 4, при этом выход блока сравнения 7 одновременно подключен к управляющим входам клЕочей

10и 11, причем выход одного ключа

11соединен с cy Iмaтopoм 3 через ограничитель -12 и блок взвешивания 13, а выход другого ключа 10 соединен с сумматором только через блок взвешивания 13.

npHHnMaeivtHft сигнал поступает на вход преобразователя 1 частоты в координату, в качестве которого может быть использована кеоднороднак длинная линия, облада101;ая частотно-селектинными свойстваи-и и разлагающая вхоной сигнал на частотновременные составляющие. На выходах преобразовател формируется отображение входного сигнала в виде набора частотно-зависимы напряжений, в определенный момент .. времени, когда входной сигнал распространится от начала преобразователя к его концу, на отводах преобразователя можно зафиксировать картину распределения напряжений вдоль всей его длины. В этой картине можно выделить локальные положительные наибольшие напряжег-гия (максиг уг щ) и лoкaJПзHЫG наименьшие отрицательные напряк ения (Mi-iaHMyiviKi) . Могут быть зафиксированы следующие случаи соотношения сравкиваем.-ах напряжений: напряжение на трех смежных, отводах одинаковы (в пределах задс нного разброса) ; положительное (отрицательное напряжение на среднем отводе больше (меньше) напряжений на соседних боковых отводах, когда имеет место локальный максимум (минимум); положительное напряжение на заданном отводе больше напряжения на одном уз соседних отводов и меньше напряжения на другом соседнем отводе. Возможны и другие случаи распределения напряжений вдоль координатной оси преобразователя 1.

При поступлении на вход согласованного фильтра совместно с сигналом произвольной помехи или одной помехи наблюдаемая форма отображения входного воздействия на выходах ПЧК 1 произвольная, и согласованный фильтр функционирует в различных режимах в зависимости от входного воздействия. Если напряжения на средних отводах (где в отсутствии помехи должны наблюдаться максимуг-лы) по величине не менее напряжений на соседних боковых отводах, то фильтр работает:

а)в обычном режиме, когда напряжения на средних отводах меньше установленных предельно допустим.1х;

б)в режиме ограничения (локального) составляющих сигнала только на тех средних отводах, напряжения на которых превышают допустимый уровень или равны ему. Если напряжения на средних отводах (где в отсутствии помехи должны наблюдаться максиму м) меньше напряжений на боковых отводах, то фильтр работает в режиме ограничения составляющих сигнала по вс каналам.

При работе согласованного фильтрг в обычном режиме сигналы со средних отводов ПЧК 1 через открытые ключи 10 (К 2) и блоки взвешивания 13 проходят в суьматор 3. В режиме локалького ограничения напруояения с тех средних отводов, где их уровень пре вышает устакоЕлениый порог или раве ему, поступают через открытые ключи И на ограничители 12, с которых ограниченные по уровню напряжения п ступают через блоки взвешивания 13 на сумматор 3. Напряжения с остальных средних отводов (относящихся к другим каналам) поступают в сумйатор 3 через ключи 10 и блоки взве шивания ГЗ, как в первом случае, При работе согласованного фильтра в ре) ограничения по всем каналам сигналы со всех средних отводов ПЧК 1 проходят через ключи 11 на ограничители 12, с которых сигналы поступают через блоки взвешивания 13 на суг/матор 3, Режим работы фильтра определяется блока;у;и разности 5 и б, элементами И 8 и ИЛИ.-НЕ 9, блоками сравнения 7 и мно говходовым элементом И 4. Каждый канал 2 фильтрации объеди няет по три отвода от ПЧК 1. Рассмотрим преобразование составляющих сигнала, поступивших в первый канал согласованного фильтра. В первом блоке разности 5,определяется раз-ность напряжениями на среднем и боковом отводах, во втором блоке разности-б определяется разность меяоду напряжениями среднего отвода и второго бокового. Разностные напряжения, могущие иметь полож тельное, отрицательное клк нулевое значения, поступают на элементы И 8 и ИЛИ-НЕ 9, которые иырабатызалот им пульс, еслн на их входы поступили оба нулевые напряжения или- оба отри цательные. Еоли на их входы поступают положительные напряжения, то на выходе импульс не возникает (при условии, что заданный-(сигнал определен наличием максимума на среднем отводе данного канала) , тем саг.зым осуществляется оценка существования в данном участке отоб1;а;кения заданного элемента ©opNibi. Если бы заданный сигнал характеризовался минимум в данном участке, хо импульс на выходе элементов И 8 и ИЛИ-ПБ 9 вырабатывался бы при подаче на их входы либо нулей, либо положительных напряжений. Выработка выходного импуль са при нулевых напряжениях на входах элементов И 8 и ИЛИ-НЕ 9 означает на личие в исследуемой распределении эл мента форм1:3, совместимого с заданныг Физически это соответствует случаю, когда сигнал либо отсутствует, либо он ниже уровня шума, и выявление фор мы сигнала в области данного участка невозможно. Отсутствие импульса на выходе элементов И 8 и ИЛИ-НЕ 9 говорит о изличин Б согласова ного фильтра сосредоточенной помехи Таким образом, импульс с выходов эле ментов И 8 и ИЛИ-НЕ 9 поступает одно временно на вход многовходового элемента И 4 и на управляющий вход блока сравнения 7. Если в то же время на второй управляю1дий вход блока сравнения 7 придет такой же импульс от многовходового элемента И 4, то блок сравнения 7 от-крывается и на его выходе появляется разностное напряжение между пороговым напряжением и напряжением на среднем отводе ПЧК 1. Значе ие порогового напряжения в блоке сравнения 7 задается для каждого канала 2 фильтрации в соответствии с характерными особенностями отображения заданного сигнала на отводах преобразователя в фиксированный момент времени, когда сигнал распространился от входа ПЧК 1 до его конца. Если напряжение на среднем отводе менее порога, то на выходе блока сравнения 7 появляется положительное напряжение, которое, действуя на управляющие входы ключей, открывает ключ 10 и закрывает ключ 11. Это определяет обычный режим- работы согласованного фильтра, когда сигнал со среднего отвода, минуя ограничитель 12, поступает через ключ 10 и блок взвешивания 13 в сумматор 3, В случае, когда напряжение на среднем отводе не менее порогового, то на выходе блока сравнения 7 появляется отрицательное напряжение, когда сигнал больше порога,.или нулевое напряженз-ie, когда сигнал равен пороговог-. значению. При появлении отрицательного или нулевого напряжения на выходе блока сравнения 7 ключ 10 закрЫЕ:ается, а ключ 11 .открывается, что приводит к работе фильтра в режиме ло-капьного ограничения, т.е. сигнал с данного среднего отвода ПЧК 1 проходит через ключ 11, ограничитель 12 и блок взвешизания 13 в сумматор 3, Режим ограншгения по всем каналам имеет место в том случае, когда сигнал на выходе- многовходового элемен та И 4 отсутствует. Тогда блоки сравнения 7 всех каналов 2 фильтрации закры-гы и на всех выходах схем сравнения напряжения равны нулю. При этом ключи 10 во всех каналах 2 закрыты, а сигналы с отводов ПЧК 1 поступают в су --1матор 3 через ключи 11 и . ограничитель 12. Такой режим работы фильтра наблюдается Б том случае, когда хотя бы для одного канала 2 с входов элементов И 8 и ЮШ-НЕ 9 на вход многовходового элемента И 4 не поступит импул-ьс. Это означает, что в канала действует сильная сосредоточенная помеха. Для каждого типа сигнала, подлежащего выделению среи других, должен быть сформирован свой согласованный фильтр, обеспечивающий наибольший -отклик на этот сигнал. Другие сигналы для данного ильтра выступают -как сосредоточенные помехи.