Согласованный фильтр Советский патент 1981 года по МПК H03H15/02 

Изобретение относится к передаче сигналов и может быть использовано в устройствах связи для обнаружения полезных сигналов на фоне помех, а также для анализа выходных сигналов дефектоскопов в устройствах железнодорожной автоматики. Известно устройство для обнаружения полезных сигналов на фоне помех, содержащее цифровые накопительные элементы, оптимальные фильтры и устройства предварительной линейной обработки сигнала 1. Однако известное устройство не обладает достаточной помехозащищенностью. Известно устройство согласованной фильтрации, содержащее последователь но соединенные многоотводную линию задержки, блок взвешивания и сумматор 2 . Однако в данном устройстве осущес влябтся линейная обработка сигнала, которая обеспечивает максимальное из всех линейных схем отношение пикового значения сигнала к среднеквадратичному значению помехи, но которая не обеспечивает достаточно высокой помехоустойчивости. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости. Дпя достижения этой цели в согласованном фильтре, содержащем последовательно соединенные многоотводную линию задержки, блок взвешивания и сумматор, многоотводная линия задержки выполнена в виде анализатора текущего спектра амплитуд и фаз, между фазовой группой отводов которого и дополнительным входом сумматора включены последовательно блок симметриро вания, дополнительный блок взвешивания , дополнительный сумматор и блок изменения коэффициента передачи. Блоксодержит двухпозиционный коммутатор, первый сигнальный вход которого соединен со входом блока изменения коэффициента передачи непосредственно, а BTOpoii сипкшьныи вход - через инвертор, управляющий вход - с выходом триггера, а выход со входом аттенюатора, выход которого является выходом блока изменения коэффициента передачи. На чертеже представлена структурная электрическая схема согласованного фильтра. Фильтр содержит вход устройства анализатор 2 текущего спектра амплит и фаз, блок взвешивания 3, сумматор 4, блок симметрирования 5, дополнительный блок взвешивания 6, дополнительный сумматор 7, блок изменени коэффициента передачи 8, двухпозици онный коммутатор 9, инвертор 10, т-риггер II, аттенюатор 12, управляю щие кнопки 13.и 14 соответственно положительного и отрицательного коэф()ициента передачи, выход устройства 15. Анализатор 2 состоит из многоотводной линии задержки, блоков определения косинусоидальной и синусоидальной составляющих, функциональн блоков подсчета модуля и фазы и бло устранения набега фазы. Линия задержки анализатора 2 име П отводов, где п количество дискретных выборочных значений сигн ла; Т - длительность сигнала; Д1 ТТ время задержки на один отвод, равное интервалу Котельникова; F - верхняя частота спектра сигнала Анализатор 2 спектра имеет две группы выходов. На выходах первой группы анализатора спектра формируются модули спектральных составляющ а на выходах второй группы формирую ся аргументы (фазы) спектральных составляющих текущего спектра с уст нением набега фазы. Вход 1 связан с анализатором 2. Выходы первой группы анализатора 2 через блок взвеишвания 3, который задает текущей амплитуде каждой час тотной составляющей весовой коэффициент, совпадающ;ий со значением модуля этой частотной составляющей для полного сигнала, подключены к сумматору 4. Выходы второй группы анализатора подключены к дополнительному сумматору 7 через блок симметрирования 5 и дополнительный блок взвешивания 6, который задает текущей фазе кажд составляющей весовой коэффициент, совпадаю1Щ1Й со значением фазы этой частотноГ составляющс полного сигнала. В|)ход сумматора 7 соединен непосредственно с одним входом двухпозиционного коммутатора 9 и через инвертор 10 с другим входом упомянутого коммутатора 9 в блоке 8 изменения коэффициента передачи по фазовым выходам. Выход двухпозиционного коммутатора 9 через аттенюатор 12 сое.цинен с одним из входов сумматора 4, выход которого является выходом 15 устройства. Двухпозиционный коммутатор 9 связан с триггером 11, управляемым кнопками 13 и 14. Устройство работает следующим образом. Входной сигнал -Jy(t) поступает на вход анализатора ..2. На выходах первой группы и второй группы формируются соответственно текущие спектры амплитуды St (W-, ) и фаз (W-, ). Сформированные текущие спектры амплитуд и фаз рассматривается как преобразованные сигналы в пространстве частота-время и подаются соответственно на блоки взвешивания 3 и 6 и сумматоры 4,7. Весовые коэффициенты по выходам первой группы S всегда положительны и задаются в блоке взвешивания 3. Весовые коэффициенты по выходам второй группы могут быть положительньми и отрицательными. Для задания двухполярных коэффициентов К, с помощью пассивных элементов (потенциометров) служит блок симметрирования 5, который включен между выходами второй группы и дополнительным блоком взвешивания 6. В момент на выходе сумматора 7 формируется сумма вида - ,, , а на выходе 15 сумматора 4 формируется выходной сигнал SBb,x(T)Kpi Yi SiftS-, I . где 5, и Si| - значения амплитуд частотных СОСТЯВЛЯЮ1ЦИХ без помех и при наличии помех (t) в дискретных точках на 15си частот в момент Ч| и 1,0- значения фаз частотных составля 1;шх без помех и при наличии помех f (t) в дискретных точках на оси частот в момент . Коэффициент К , оптимизирующий информационный вклад фазового спектра, обеспечивается блоком 8 изменения

коэффициента передачи по фазовым выходам. Коэффициент К в зависимости от отношения сигнал/помеха на входе может быть положительным или отрицательным. Величина его задается аттенюатором 12, а знак определяется состоянием двухпозиционного коммутатора 9.

Нажатием кнопки 13 триггер II устанавливается в одно устойчивое

состояние и переключает двухпозидион ный коммутатор 9 в положение, обеспе чивакяцее непосредственное соединение сумматора 7 с аттенюатором 12, в результате чего первое слагаемое алгоритма обработки входного сигнала имеет положительное значение коэффициента К .

При . нажатии кнопки 14 триггер 11 устанавливается в другое устойчивое состояние и переключает двухпозиционный коммутатор. 9 в положение, обеспечивающее соединение сумматора 7 с аттенюатором 12 через инвертор 10, что соответствует отрицательному значнию коэффициента К. Таким образом, состояние двухпозиционного коммутатора 9 устанавливается заранее в зависимости от отношения сигнал/помеха на входе кнопками 13 и 14.

С выхода аттенюатора 12 сигнал подается на один из входов сумматора 4, на выходе которого в момент формируется пиковое значение выходно(т). До этого моменго сигнала S

вых та взвешиваются все предьщущие се.чения по оси времени текущего фазового и амплитудного спектра, а после этого момента взвешиваются все последующие сечения текущего спектра со своей весовой функцией, совпадающей с полным фазовым и амплитудным спектрами, составленными вместе.

Применение предварительного нели- нейного преобразования сигнала путем перехода к текущему фазовому и амплитудному спектру в реальном масщтабе времени, т.е. нелинейное пре,образование сигнала в пространство частота-время, позволяет раздельно управлять информационным вкладом в выходной сигнал фазового спектра и амплитудного спектра путем выбора

оптимизирукицего коэф)ициента К, что и обеспечивает повышение помехоустойчивости алгоритма обработки сигнала в предлагаемом согласованном фильтре.

Максимально возможная помехоустойчивость устройства достигается при использовании в устройстве блока 5 симметрирования, который позволяет смоделировать на весовых потенциометрах блока взвепшвания 6 импульсную переходную функцию по фазовому вь1ходу без дополнительной постоянной составляющей.

Формула изобретения

1. Согласованный фильтр, содержащий последовательно соединенные многоотводную линию задержки, блок взвешивания и сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, многоотводная линия задержки выполнена в виде анализатора текущего спектра

амплитуд и фаз, между фазовой группой отводов которого и дополнительным входой сумматора включены последовательно блок симметрирования, дополнительный блок взвешивания, допол- нительный сумматор и блок изменения коэффициента передачи.

2. Фильтр по п.1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что блок изменения коэффициента передачи содержит двухпозиционный коммутатор, первый сигнальный вход которого соединен со входом блока изменения коэффициента передачи непосредственно, а второй сигнальный вход - через инвертор, управляющий вход - с выходом триггера, а выход - со входом аттенюатора,выход которого является выходом блока изменения коэффициента передачи.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 510791, кл. Н 03 Н 7/10, 1976.

2.Слока В.К. Вопросы обработки 0 радиолокационных сигналов. М., Советское радио, 1970, с. 192-194, рис.8.1 (прототип).