Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в когерентно-импульсных радиолокационных станциях для выделения сигналов на фоне аддитивной смеси некоррелированных и пассивных помех с неизвестными корреляционными свойствами.
Известен режекторный фильтр, содержащий сумматор, М блоков памяти, М-1 весовых блоков, М комплексных перемножителей, измеритель междупериодного сдвига фазы помехи, основной измеритель коэффициента корреляции помехи и вычислитель весовых коэффициентов, при этом каждый из М - 1 выходов вычислителя весовых коэффициентов соединен с первым входом одноименного из М-1 весовых блоков, первый и второй выходы которых соединены с (М - 1)-й парой входов сумматора [1].
Однако известное устройство имеет низкую эффективность подавления пассивных помех в переходном режиме, что обусловлено большой длительностью процесса адаптации.
Цель изобретения - увеличение эффективности подавления пассивных помех в переходном режиме.
Для этого в режекторный фильтр, содержащий сумматор, М блоков памяти, М - 1 весовых блоков, М комплексных перемножителей, измеритель междупериодного сдвига фазы помехи, основной измеритель коэффициента корреляции помехи и вычислитель весовых коэффициентов, при этом каждый из М - 1 выходов вычислителя весовых коэффициентов соединен с первым входом одноименного из М - 1 весовых блоков, первый и второй выходы которых соединены с (М - 1)-й парой входов сумматора, введены М - 2 дополнительных измерителя коэффициента корреляции помехи, при этом первый и второй выходы каждого из М блоков памяти соединены соответственно с первым и вторым входами одноименного из М комплексных перемножителей, первый и второй выходы каждого из которых, кроме последнего, соединены с одноименными входами последующего из М блоков памяти, первый и второй выходы М-го комплексного перемножителя соединены с М-й парой входов сумматора, первый и второй входы первого блока памяти соединены с одноименными входами основного и (М - 2)-х дополнительных измерителей коэффициента корреляции помехи и с (М + 1)-й парой входов сумматора, первый и второй выходы первого блока памяти соединены соответственно с третьим и четвертым входами основного измерителя коэффициента корреляции помехи, первый и второй выходы второго и последующих блоков памяти, кроме последнего, соединены соответственно с третьим и четвертым входами соответствующего из (М - 2)-х дополнительных измерителей коэффициента корреляции помехи, первые выходы основного и (М - 2)-х дополнительных измерителей коэффициента корреляции помехи соединены с соответствующими М - 1 входами вычислителя весовых коэффициентов, второй и третий выходы основного измерителя коэффициента корреляции помехи соединены через измеритель междупериодного сдвига фазы помехи соответственно с третьим и четвертым входами М комплексных перемножителей, а первый и второй выходы каждого из М - 1 комплексных перемножителей, кроме последнего, соединены с соответствующими входами одноименного из М - 1 весовых блоков, основной и дополнительный измеритель коэффициента корреляции помехи содержит блок комплексного сопряжения, первый и второй выходы которого через первый комплексный перемножитель соединены с одноименными входами первого блока сложения, а через второй комплексный перемножитель с входом одноименного канала, каждый из каналов содержит последовательно включенные накопитель и квадратор, выход которого соединен с соответствующим входом второго блока сложения, выход первого блока сложения через накопитель соединен с первым входом блока деления, а выход второго блока сложения соединен через функциональный преобразователь с вторым входом блока деления, при этом первым, вторым, третьим и четвертым входами и первым выходом основного и дополнительного измерителей коэффициента корреляции помехи соответственно являются третий и четвертый входы второго комплексного перемножителя, соединенные между собой, первый вход блока комплексного сопряжения и третий вход первого комплексного перемножителя, соединенные между собой, второй вход блока комплексного сопряжения и четвертый вход первого комплексного перемножителя и выход блока деления, а вторым и третьим выходами основного измерителя коэффициента корреляции помехи являются соответственно первый и второй выходы второго комплексного перемножителя, измеритель междупериодного сдвига фазы помехи содержит блок сложения, функциональный преобразователь и два канала, каждый из которых содержит накопитель, выход которого соединен с входом квадратора и первым входом блока деления, при этом выход квадратора каждого канала соединен с соответствующим входом блока сложения, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторыми входами блоков деления обоих каналов, а первым и вторым входами и первым и вторым выходами измерителя междупериодного сдвига фазы помехи соответственно являются входы накопителей и выходы делителей одноименного канала, комплексный перемножитель содержит два канала, каждый из которых включает первый перемножитель и последовательно включенные второй перемножитель и сумматор, при этом выход первого перемножителя одного канала соединен с вторым входом сумматора другого канала, а первым, вторым, третьим и четвертым входами и первым и вторым выходами комплексного перемножителя соответственно являются соединенные между собой первые входы первого и второго перемножителей одноименного канала, соединенные между собой вторые входы первых перемножителей обоих каналов, соединенные между собой вторые входы вторых перемножителей обоих каналов и выходы сумматоров одноименного канала, весовой блок содержит первый и второй перемножители, первые входы которых соединены между собой и являются первым входом весового блока, вторым и третьим входами и первым и вторым выходами которого соответственно являются вторые входы первого и второго перемножителей и выходы первого и второго перемножителей, сумматор содержит первый и второй сумматоры, при этом первый вход каждой из М + 1 пары входов сумматора соединен с соответствующим из М + 1 входов первого сумматора, второй вход каждой из М + 1 пары входов сумматора соединен с соответствующим из М + 1 входов второго сумматора, а первым и вторым входом сумматора являются выходы первого и второго сумматоров, блок памяти содержит первый и второй блоки памяти, входы и выходы которых соответственно являются первым и вторым входами и первым и вторым выходами блока памяти, блок комплексного сопряжения содержит инвертор, вход и выход которого являются первым входом и первым выходом блока комплексного сопряжения, второй вход и второй выход которого соединены между собой, накопитель содержит первый и второй сумматоры и первый и второй блоки памяти, вход и выходы первого блока памяти соединены с соответствующими входа ми первого сумматора, выход которого соединен с входом второго блока памяти, вход и выходы которого соединены с соответствующими входами второго сумматора, при этом входом и выходом накопителя соответственно являются вход первого блока памяти и выход второго сумматора.
На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема режекторного фильтра; на фиг. 2 - структурная электрическая схема сумматора; на фиг. 3 - структурная электрическая схема блока памяти; на фиг. 4 - структурная электрическая схема измерителя коэффициента корреляции помехи; на фиг. 5 - структурная электрическая схема измерителя междупериодного сдвига фазы помехи; на фиг. 6 - структурная электрическая схема комплексного перемножителя; на фиг. 7 - структурная электрическая схема весового блока; на фиг. 8 - структурная электрическая схема блока комплексного сопряжения; на фиг. 9 - структурная электрическая схема накопителя; на фиг. 10 - зависимость выигрыша Δμ в усредненном коэффициенте улучшения отношения сигнал/помеха от нормированной ширины спектра помехи ΔfпT при различной кратности М режекторного фильтра; на фиг. 11 - структурная схема вычислителя весовых коэффициентов.
Режекторный фильтр содержит сумматор 1, М блоков 2 памяти, основной измеритель 3 коэффициента корреляции помехи, вычислитель 4 весовых коэффициентов, измеритель 5 междупериодного сдвига фазы помехи, М комплексных перемножителей, М - 1 весовых блоков 7 и М - 2 дополнительных измерителей 8 коэффициента корреляции помехи; сумматор 1 (фиг. 2) содержит первый и второй сумматоры 9 и 10; блок 2 памяти (фиг. 3) содержит первый и второй блоки 11 и 12 памяти; основной и каждый дополнительный измерители 3 и 8 коэффициента корреляции помехи (фиг. 4) содержат блок 13 комплексного сопряжения, первый комплексный перемножитель 14, два канала 15 и 16, каждый из которых содержит накопитель 17 и квадратор 18, первый блок 19 сложения, функциональный преобразователь 20, второй комплексный перемножитель 21, второй блок 22 сложения, накопитель 23 и блок 24 деления; измеритель 5 междупериодного сдвига фазы помехи (фиг. 5) содержит блок 25 сложения, функциональный преобразователь 26, два канала 27 и 28, каждый из которых содержит накопитель 29, квадратор 30 и блок 31 деления; комплексный перемножитель 6 (фиг. 6) содержит два канала 32 и 33, каждый из которых содержит первый и второй перемножители 34 и 35 и сумматор 36; весовой блок 7 (фиг. 7) содержит первый и второй перемножители 37 и 38; блок 13 комплексного сопряжения (фиг. 8) содержит инвертор 39; накопители 17 и 29 (фиг. 9) содержат первый и второй сумматоры 40 и 41 и первый и второй блоки 42 и 43 памяти.
Режекторный фильтр работает следующим образом. Квадратурные составляющие с выходов фазовых детекторов (на чертежах не показаны) квантуются в аналого-цифровых преобразователях (на фиг. 1 не показаны) по времени и амплитуде и поступают на соответствующие входы первого блока 2 памяти. Для движущихся объектов цифровые коды (xj, yj) обеих квадратурных проекций образуют в смежных периодах последовательность комплексных чисел где ϕ - доплеровский сдвиг фазы (обычно помехи, ввиду ее значительного превышения над сигналом) за период повторения. В каждом блоке памяти 2 осуществляется запоминание исходных кодов за период повторения зондирующих импульсов.
В измерителях 3 и 8 вычисляются оценки междупериодных коэффициентов корреляции помехи , k=2, М. При этом в блоке 13 комплексного сопряжения каждого измерителя (фиг. 4) с помощью инвертора 39 (фиг. 8) происходит инвертирование знака мнимых проекций yj. В первом 14 и втором 21 комплексных перемножителях происходит перемножение соответствующих комплексных чисел, реализуемое путем операций с проекциями этих чисел (фиг. 6). Выходные величины второго комплексного перемножителя 21 раздельно для каждой проекции и первого комплексного перемножителя 14 после их объединения в первом блоке 19 сложения накапливаются с М -k + 1 периодов, а в каждом периоде с L смежных элементов разрешения по дальности в накопителях 17 и 23 соответственно. После возведения в квадрат в квадраторах 18, объединения полученных величин во втором блоке 22 сложения и извлечения квадратного корня в функциональном преобразователе 20 на выходе блока 24 деления каждого измерителя 3 и 8 вычисляются оценки междупериодных коэффициентов корреляции помехи
Величины поступают в вычислитель 4, в котором вычисляются оптимальные весовые коэффициенты.
Образованная на выходе второго комплексного перемножителя 21 измерителя 3 величина поступает на вход измерителя 5 междупериодного сдвига фазы помехи ϕ. В результате суммирования поступающих от протяженного источника помехи величин с М-1 периодов, а в каждом периоде с N смежных элементов разрешения по дальности на выходе накопителей 29 (фиг. 5) имеем
где - оценка междупериодного сдвига фазы помехи.
С помощью квадраторов 30, блока 25 сложения и функционального преобразователя 26, реализующего извлечение квадратного корня, вычисляется величина V = /V/. Тогда на выходе блоков 31 деления образуется величина поступающая на входы всех комплексных перемножителей 6.
Последовательное комплексное перемножение задержанных в блоках 2 памяти исходных данных Vj на величину приводит к компенсации доплеровских сдвигов фазы помехи в выходных отсчетах комплексных перемножителей 6. В весовых блоках 7 (фиг. 7) осуществляется скалярное умножение проекций на весовые коэффициенты gk, поступающие с вычислителя 4 весовых коэффициентов. В сумматоре 1 происходит раздельное суммирование одноименных проекций взвешенной последовательности обрабатываемых отсчетов и образование выходной величины фильтра
Использование текущих оценок и позволяет адаптироваться к модулю и аргументу реальной корреляционной функции помехи, не прибегая к аппроксимациям ее формы.
При соответствующем выборе весовых коэффициентов gk = |Gk| в процессе адаптации фильтра реализуются предельные возможности выделения сигнала на фоне поступающей помехи, которые для фильтра заданного порядка М при гауссовской статистике входных данных характеризуются коэффициентом улучшения отношения сигнал/помеха
где элементы корреляционных матриц сигнала и помехи Rjk = ρ(j,k)ei(j-k)θ;
θ - доплеровский сдвиг фазы за период повторения для сигнала (θc = ψ) или помехи (θп = ψ). Учитывая инвариантность структуры режекторного фильтра к параметрам сигнала и предполагая равномерное распределение величины в интервале (0,2π), найдем
Переходя в соответствии с адаптивным байесовским подходом к оценочным значениям запишем критерий адаптации в следующем виде:
Оптимальный вектор { Gk} формируется в процессе адаптации на основе оценок и является собственным вектором матрицы соответствующим ее минимальному собственному значению λmin = 1/μmax и в общем случае имеющим вид к=0, M.
Коэффициенты gk определяются величинами и значением λmin. Повороты на углы реализуются при последовательном прохождении обрабатываемых отсчетов через комплексные перемножители 6. Коэффициенты gк могут быть определены и другим путем. С этой целью модифицируем критерий адаптации следующим образом:
Контрольный вид адаптивных алгоритмов определяется для частных случаев. Соответствующие результаты приводятся в таблице.
Величина λmin при М ≥ 3 ввиду ее малости не учитывается, причем при реализации алгоритмов по критерию (3) число оцениваемых коэффициентов корреляций на один меньше, чем по критерию (2), и равно М-1.
Пример выполнения вычислителя 4 весовых коэффициентов для М=4 приведен на фиг. 11. Вычислитель 4 весовых коэффициентов содержит первый, второй, третий, четвертый и пятый перемножители 44, 45, 46, 47 и 48; первый, второй, третий, четвертый и пятый сумматоры 49, 50, 51, 52 и 53, квадратор 54, блок 55 деления и первую, вторую и третью ячейки 56, 57 и 58 памяти. Вычислитель 4 весовых коэффициентов (фиг. 11) при М=4 по оценкам поступающим с выходов измерителей 3 и 8, формирует оптимальные весовые коэффициенты g1, g2, g3, причем g0 = g4 = 1. В ячейках 56, 57 и 58 памяти хранятся соответственно величины "2", "1", "-2".
Для определения эффективности с точки зрения переходного режима сравнение предложенного и известного фильтров производится при минимально необходимом числе обрабатываемых отсчетов (периодов), равном М + 1. В этом случае предложенный фильтр, реализующий в вычислителе 4 весовых коэффициентов алгоритмы адаптации в соответствии с критерием (3), достигает эффективности установившегося режима, так как при этом процессе адаптации с учетом необходимого усреднения вдоль дальности завершается при М обучающих периодах, т.е. в пределах переходного процесса самого фильтра. Тогда как в фильтре с корреляционными обратными связями после поступления М + 1 отсчетов на его выходе образуется величина, с которой фактически только начинается процесс адаптации. Для определенности предполагается, что исходные значения весовых коэффициентов известного устройства таковы, что их аргументы компенсируют доплеровскую скорость помехи, а их модули являются биномиальными коэффициентами. Так как реально эти условия к М + 1 периоду еще не выполняются, то приводимые ниже выигрыши являются минимальными и фактически будут выше.
На фиг. 10 для данных условий сплошными кривыми приведены зависимости выигрыша предложенного фильтра по сравнению с известным устройством в усредненном коэффициенте улучшения отношения сигнал/помеха (1) от нормированной ширины спектра флюктуаций помехи (при гауссовской аппроксимации ее корреляционной функции). Пунктирные кривые соответствуют предельной эффективности фильтра, соответствующей критерию (2). Как видим, реализуемые предложенным фильтром алгоритмы, соответствующие критерию (3), лишь незначительно, да и то только при широкополосной помехе, уступают предельным результатам. При этом существенным преимуществом данных алгоритмов является завершение процесса адаптации в пределах переходного процесса фильтра. Однако при М=1 целесообразно использовать критерий (2), которому соответствуют биноминальные весовые коэффициенты. Предложенное устройство при этом адаптируется только к аргументу корреляционной функции помехи и также оказывается эффективнее известного устройства того же порядка, которое проигрывает ему в установившемся режиме на величину Δμ = (1 + ρ
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
УСТРОЙСТВО ПОДАВЛЕНИЯ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ | 1982 |
|
SU1090136A1 |
УСТРОЙСТВО АДАПТИВНОЙ РЕЖЕКЦИИ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ | 1981 |
|
SU1098399A1 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДАВЛЕНИЯ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ | 1980 |
|
SU875960A2 |
Цифровое устройство для подав-лЕНия пАССиВНыХ пОМЕХ | 1979 |
|
SU809018A1 |
УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ | 1990 |
|
SU1818989A1 |
АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ РАДИОЛОКАЦИОННОЙ СТАНЦИИ ОТ ПАССИВНЫХ ПОМЕХ | 1994 |
|
RU2097781C1 |
РЕЖЕКТОРНЫЙ ФИЛЬТР | 2024 |
|
RU2825253C1 |
УСТРОЙСТВО ЦИФРОВОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ | 1977 |
|
SU778514A2 |
УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ | 1990 |
|
SU1802616A1 |
Цифровое устройство селекции движущихся целей | 1984 |
|
SU1841294A1 |
1. Режекторный фильтр, содержащий сумматор, М блоков памяти, М-1 весовых блоков, М комплексных перемножителей, измеритель междупериодного сдвига фазы помехи, основной измеритель коэффициента корреляции помехи и вычислитель весовых коэффициентов, при этом каждый из М-1 выходов вычислителя весовых коэффициентов соединен с первым входом одноименного из М-1 весовых блоков, первый и второй выходы которых соединены с (М-1)-й парой входов сумматора, отличающийся тем, что, с целью увеличения эффективности подавления пассивных помех в переходном режиме, введены М-2 дополнительных измерителя коэффициента корреляции помехи, при этом первый и второй выходы каждого из М блоков памяти соединены соответственно с первым и вторым входами одноименного из М комплексных перемножителей, первый и второй выходы каждого из которых, кроме последнего, соединены с одноименными входами последующего из М блоков памяти, первый и второй выходы М-го комплексного перемножителя соединены с М-й парой входов сумматора, первый и второй входы первого блока памяти соединены с одноименными входами основного и (М-2)-х дополнительных измерителей коэффициента корреляции помехи и с (М+1)-й парой входов сумматора, первый и второй выходы первого блока памяти соединены соответственно с третьим и четвертым входами основного измерителя коэффициента корреляции помехи, первый и второй выходы второго и последующих блоков памяти, кроме последнего, соединены соответственно с третьим и четвертым входами соответствующего из (М-2)-х дополнительных измерителей коэффициента корреляции помехи, первые выходы основного и (М-2)-х дополнительных измерителей коэффициента корреляции помехи соединены с соответствующими М-1 входами вычислителя весовых коэффициентов, второй и третий выходы основного измерителя коэффициента корреляции помехи соединены через измеритель междупериодного сдвига фазы помехи соответственно с третьим и четвертым входами М комплексных перемножителей, а первый и второй выходы каждого из М-1 комплексных перемножителей, кроме последнего, соединены с соответствующими входами одноименного из М-1 весовых блоков.
2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что основной и дополнительный измерители коэффициента корреляции помехи содержат блок комплексного сопряжения, первый и второй выходы которого через первый комплексный перемножитель соединены с одноименными входами первого блока сложения, а через второй комплексный перемножитель - с входом одноименного канала, каждый из каналов содержит последовательно включенные накопитель и квадратор, выход которого соединен с соответствующим входом второго блока сложения, выход первого блока сложения через накопитель соединен с первым входом блока деления, а выход второго блока сложения соединен через функциональный преобразователь с вторым входом блока деления, при этом первым, вторым, третьим и четвертым входами и первым выходом основного и дополнительного измерителей коэффициента корреляции помех соответственно являются третий и четвертый входы второго комплексного перемножителя, соединенные между собой первый вход блока комплексного сопряжения и третий вход первого комплексного перемножителя, соединенные между собой второй вход блока комплексного сопряжения и четвертый вход первого комплексного перемножителя и выход блока деления, а вторым и третьим выходами основного измерителя коэффициента корреляции помехи являются соответственно первый и второй выходы второго комплексного перемножителя.
3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что измеритель междупериодного сдвига фазы помехи содержит блок сложения, функциональный преобразователь и два канала, каждый из которых содержит накопитель, выход которого соединен с входом квадратора и первым входом блока деления, выход квадратора каждого канала соединен с соответствующим входом блока сложения, выход которого через функциональный преобразователь соединен с вторыми входами блоков деления обоих каналов, а первым и вторым входами и первым и вторым выходами измерителя междупериодного сдвига фазы помехи соответственно являются входы накопителей и выходы делителей одноименного канала.
4. Фильтр по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что комплексный перемножитель содержит два канала, каждый из которых содержит первый перемножитель и последовательно включенные второй перемножитель и сумматор, при этом выход первого перемножителя одного канала соединен с вторым входом сумматора другого канала, а первым, вторым, третьим и четвертым входами и первым и вторым выходами комплексного перемножителя соответственно являются соединенные между собой первые входы первого и второго перемножителей одноименного канала, соединенные между собой вторые входы первых перемножителей обоих каналов, соединенные между собой вторые входы вторых перемножителей обоих каналов и выходы сумматоров одноименного канала.
5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что весовой блок содержит первый и второй перемножители, первые входы которых соединены между собой и являются первым входом весового блока, вторым и третьим входами и первым и вторым выходами которого соответственно являются вторые входы первого и второго перемножителей и выходы первого и второго перемножителей.
6. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что сумматор содержит первый и второй сумматоры, при этом первый вход каждой из М+1 пары входов сумматора соединен с соответствующим из М+1 входов первого сумматора, второй вход каждой из М+1 пары входов сумматора соединен с соответствующим из М+1 входов второго сумматора, а первым и вторым выходами сумматора являются выходы первого и второго сумматоров.
7. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что блок памяти содержит первый и второй блоки памяти, входы и выходы которых соответственно являются первым и вторым входами и первым и вторым выходами блока памяти.
8. Фильтр по п. 2, отличающийся тем, что блок комплексного сопряжения содержит инвертор, вход и выход которого являются первым выходом блока комплексного сопряжения, второй вход и второй выход которого соединены между собой.
9. Фильтр по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что накопитель содержит первый и второй сумматоры и первый и второй блоки памяти, при этом вход и выходы первого блока памяти соединены с соответствующими входами первого сумматора, выход которого соединен с входом второго блока памяти, вход и выходы которого соединены с соответствующими входами второго сумматора, входом и выходом накопителя соответственно являются вход первого блока памяти и выход второго сумматора.
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Лихарев В.А | |||
Цифровые методы и устройства в радиолокации | |||
М.: Советское радио, 1973, с | |||
Способ обделки поверхностей приборов отопления с целью увеличения теплоотдачи | 1919 |
|
SU135A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Авторы
Даты
1998-11-27—Публикация
1980-10-30—Подача