Адаптивный фильтр

 

1, АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий многоканальньлй моделятор, информационные входы которого являются входом адаптивного фильтра, а управляющие входы подключены к выходам формирователя весовой функции, отлич ающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема повторяющихся сигналов неизвестной формы, в него введены два сумматора и пороговый элемент, при этом выходы многоканального моделятора подключены к входам первого сумматора и к информационным входам форьмрователя весовой функции, управляющий вход которого соединен через пороговый элемент с выходом первого сумматора, а внходы - с входами второго сумматора. 2. Фильтр по П.1, о т л и ч а ю щ и и U я тем, что, формирователь весовой функции содержит N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и амплитудного, модулятор а причеминформаиионные входы ключей являются информационны. входами формирователя весовой функции, управляющие входы ключей объедис ены и являются управляющим входом формирователя весовой функции, вторые вхо ды амплитудных модуляторов подключены к выходам э гщанще го ген ер ат ора, а выходы являются выходами формирователя весовой функции.

СОЮЗ С09ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (Я) Н 03 Н 21 00(++(p. Щф )в(.

Ц "

1Я

Ж34аа) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3260327/18-09 (22) 09.03.81 (46) 30.03.83. Вюл. 9 12 (72) Л.Н. Гольдфельд, В.И. Прахов и Я.Е. Фильгус (71) Ташкентский электротехнический институт связи (53) 621.391.81(088.8) (56) 1. Рубинов В.М. и др. Пространственно-временная обработка информации оптико-электронными системами.

Ташкент. "Фан", 1977, с. 58-63 (прототип) . (54) (57) 1. АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий многоканальный моделятор, информационные входы которого являются входом адаптивного фильтра, а управляющие входы подключены к выходам формирователя весовой функции, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости приема повторяющихся сигналов неизвестной формы, в него введены два сумматора и пороговый элемент, при этом выходы многоканального моделятора подключены к входам первого сумматора и к информационным входам формирователя весовой функции, управляющий вход которого соединен через пороговый элемент с .выходом первого сумматора, а выходы — с входами второго сумматора.

2. Фильтр по п.1, о т л и ч а ю— щ и и C я тем, что, формирователь весовой функции содержит М каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и амплитудного, модулятора причем информационные входы ключей являются информационными входами формирователя весовой функции, Я управляющие входы ключей объединены я являются уоравляювмм входом форма- IQ) рователя весовой функции, вторые входы амплитудных модуляторов подключе- С ны к выходам задающего генератора, а выходы являются выходами формирователя весовой функции. 1008888

V(x) = Тв g (- .+), Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах приема и обработки сигналов неизвестной формы".

Известен адаптивный многоканальный фильтр, содержащий многоканаль- . ный моделятор и формирователь весовой функции, причем информационный вход многоканального моделятора является входом фильтра, управляющий вход многоканального моделятора сое- 10 динен с выходом формирователя весовой функции, а выход многоканального моделятора является выходом многоканального фильтра иа моделяторе, осуществляющего параллельную 15 фильтрацию.N сигналов,,где N — число каналов моделятооа $1j .

Форму частотной характеристики каждого из каналов многоканального фильтра можно изменять. не изменяя структуру устройства, путем замены весовой функции, связанной с импульсной характеристикой фильтра соотношением

1 где V(x) — весовая функция; х д (—,) =д(t.) — импульсная характерисV тика синтезируемого 30 фильтра;

Тц — время обработки сигнала в моделяторе;

V — скорость записи весовой функции на безинерционном 56 фоторезистивном слое моделятора.

Фильтры такого типа имеют постоянные параметры и позволяют обеспечить оптимальную фильтрацию сигнала, если

его параметры точно известны в месте приема. Если же форма принимаемого сигнала неизвестна, для оптимальной фильтрации необходима адаптация параметров фильтра к параметрам принимае мого сигнала неизвестной формы, т.е. 45 известный фильтр не позволяет обеспечить прием сигналов неизвестной формы с достаточной помехоустойчивостью.

Цель изобретения — повышение поМе- хоустойчивости приема повторяющихся сигналов неизвестной формы.

Поставленная цель достигается тем, что фильтр, содержащий многоканальный моделятор, информационные входы которого являются входом адаптивного фильтра, а управляющие входы подклю- чены к выходам формирователя весовой функции, введены два сумматора и пороговый элемент, при этом выходы многоканального моделятора подключены 60 к входам первого сумматора, и к ин формационным входам формирователя весовой функции, управляющий вход которого соединен через пороговый элемент с выходом первого сумматора, а выходы - с входами второго сумма тора.

Причем формирователь весовой функ- . ции содержит N каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и амплитудного модулятора.,причем информационные входы ключей являются информационными входами формирователя весовой функции, управляющие входы ключей объединены и являются управляющим входом формиро.вателя весовой функции, вторые входы амплитудных модуляторов подключены к выходам задающего генератора,. а выходы являются выходами формирователя весовой функции.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема адаптивного фильтра; на фиг. 2 †. структурная электри- . ческая схема фврмирователя весовой функции.

Адаптивный фильтр (фиг. 1) содержит многоканальный моделятор 1,формирователь 2 весовых функций,. сумматор 3, пороговый элемент 4, сумматор 5, фильтр 6 нижних частот.

Фбрмирователь 2 веееовых функций (фиг, 2) содержит задающий генератор

7, амплитудные модуляторы 8, запоминающие блоки 9 и ключи 10.

Адаптивный фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал U (t), представляющий собой аддитивную смесь неизвестного повторяющегося сигнала Уе(1) и флуктуационной помехи (шума)

UÄ(t) U((t) = 0 (t) + U„(t) поступает на .объединенный информационный вход многоканального моделятора 1.

Число используемых каналов моделя,тора 1 определяется выражением N

2FeaxT = В,где В - база принимаемого сигнала Уд (t) Рш „— верхняя частота спектра сигнала Uq(t), Т вЂ” длительность сигнала Uc (t) .

На управляющие входы всех N каналов моделятора 1 с соответствующих выходов формирователя 2,подаются напряжения весовых функций.

Формирование напряжений весовйх

Функций в Формирователе 2 производится следующим образом. .С N выходов задающего генератора

7, формирователя 2 на вторые входы соответствующих амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 поступают короткие импульсы постоянной амлитуды (S -импульсы), длительностью с выбираемой из условия где x — размер одного элемента проЭ. водящего слоя моделятора 1 вдоль направления записи весовой функции..

1008888

Интервал следования Ь -импульсов на каждом из выходов задающего генератора 2 должен быть не больше дли-тельности сигнала U (t1, причем о -импульсы íà i-м выходе задающего генератора 7 (i=2-Nj смещены относи- 5 тельно д -импульсов на (i-1)-м выходе задающего генератора 7 на интервал dt„:, определяемой по теореме

Котельнйкова

1 . Т

10 д ° с

В

На вход каждого из амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 с соответствующего запоминающего блока 9 )5 поступает напряжение У ;(1) (где .i=3-N), модулирующее по амплитуде

6-импульсов, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с заданицеро генератора .7 ° Промодулированные по ампли- -20 туде о -импульсы с выходов амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 поступают на соответствующие управляющие входы многоканального моделятор.а 1;

В момент включения адаптивного фильтра на выходе моделятора 1 напряжение и, следовательно, на входе сумматора 3, практически равно нулю, т,е..заведомо ниже начального.порогового напряжения Ull >- порогового элемента 4. При этом уйравляющее напряжение U4 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи .10 формирователя 2, управляющие входы которых-соединены между собой и подклю- 35 чены к выходу порогового элемента 4,. закрыты, напряжения Q;(t) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 отсутствуют. При этом на управляющие входы. всех М каналов моделятора 1 40 поступают йемодулированные 6 -им.,пульсы. Через интервал ТО на выходе . каждого из каналов моделятора 1 по-явится выходное напряжение U .(t;-Ò ), определяемое выражением: вщ; о о

К где t — текущий момент отсчета входо ного сигнала в i-м канале моделятора, пробегающий все значения от 0 до Т со .скоростью перемещения весовой функции по весовому слою

i-го канала моделятора 1, причем. о„-= йо; + 41„.. где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от типа модулятора 1 и его.конструктивных особенностей, Т вЂ” время обработки входного—

О сигнала U< (t) в модуляторе 1.

Таким образом, в момент to; на вм-. ходе всех И каналов моделятора 1 по-. 65 явится напряжение U „<(t - Т, ), представляющее собой отсчеты мгновенных значений входного сигнала, взятые через интервал дй . Bce N отсчетов входного сигнала с выходов ° моделятора .1 поступают на сумматор

3, выходное напряжение которого определяется соотношением Ug = 1 Х, U (t;).

Х

Напряжение U> подается на пороговый элемент 4, где сравнивается с изменяющимся пороговым напряжением

Ull6p () = но о+ Ull©P () ° дУ„(t) - составляющая. порогового напряжения, формируемая из сигнала, подаваемого на вход порогового элемента 4. В момент включения адаптив-. ного фильтра -пороговое напряжение

U (t) равно начальному .значеНию 4орe °

В течение всего времени приема повторяющегося сигнала Uo (t} напряжение. Uy, формируемое как сумма отсчетов входного сигнала U<(t), подается на пороговый элемент 4.Это напряженйе ирменяется во времени как за счет изменения уровня входного сигнала U©(t), представляющего собой смесь полезного сигнала и шума, так и за счет адаптивного приближения параметров фильтра на модуляторе 1 к оптимальным. Если напряжение U3(t) на выходе сумматора 3 не превышает

Бц (t), то напряжение 04 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, пороговое напряжение его не меняет-. ся, ключи 10 в формирователе 2 закрыты, напряжения на запоминающем блоке 2 отсутствуют, на управляющие вхо.- ды каналов моделятора 1 и на сумматор 5 подаются немодулированные о-импульсы. С сумматора 5 немодулированная последовательность 0 -импуль сов, смещенных друг относительно друга на g t<,поступает на фильтр 6..

При этом на выходе фильтра б выделится постоянное напряжение, представляющее собой огибающую немодулированной последовательности о - импуль.— сов.

В том случае, когда- напряжение на выходе сумматора 3 превысит пороговое напряжение Uz»(t) порогового эле-, мента 4, на выходе появится напряжение.Уц, отпирающее ключи 10 формирователя 2, кроме того. в самом пороговом элементе 4 происходит автомати-.ческая регулировка порогового напряжЕния. При отпирании ключей 10 фор-. мирователя 2 на запоминающие блоки

9 формирователя 2 переносятся значения отсчетов входного, сигнала U<(t) с выхода моделятора 1, модулирующие (в амплитудных модуляторах 8) о -импульсы, поступающие с задающего генератора 7; С выхода амплитудных модуляторов S: формирователя 2 модулированные по амплитуде .$ -импульсы

1008888 подаются на управляющие входы многоканального моделятора 1 на сумматор 5, с выхода которого модулированная по амплитуде последовательность б -импульсов поступает на фильтр 6 нижних частот, выделяющий напряжение, пропорциональное огибающей этой последовательности.

Если входной сигнал Пс(t) содержит только шум U<(t), то моменты срабатывания порогового элемента 4 будут совершенно случайными и значения отсчетов входного сигнала, переносимые с выходов многоканального модулятора 1 через ключи 10 в запоминающие блоки 9 формирователя 15 . 2 также будут случайными. В результате напряжения.UQ (t) на запоминаю-" щих блоках 9 будут случайно флуктуировать, оставаясь в среднем близкими к нулю. При этом с формирователя 2 на управляющие входы моделятора 1 и на сумматор 5 отсчетов выходного сигнала поступают 8 -импульсы, амплитуда которых флуктуирует относительно среднего значения в очень малых пределах. На выходе адаптивного фильтра при этом действует напряжение шума Uebix n(t) .

В том случае,.когда входной сигнал представляет собой сумму напряжений шума ИП i t) и полезного сигнала

УС (t), вероятность срабатывания порогового элемента 4 возрастает в связи с увеличением энергии входного сигнала U<(t), следовательно и суммарного напряжения отсчетов входного сигнала U (t), подаваемого на пороговый элемент 4.Чем выше отношение сигнал-шум.на входе адаптивного фильтра, тем вероятнее срабатыва- 40 ние порогового элемента 4 в моменты появления полезного сигнала

U (t). Но и при небольших отношениях сигнал-шум срабатывание порогового элемента 4 будет происходит чаще при наличии полезного сигнала на входе адаптивного фильтра, чем при его отсутствии. После нескольких повторений полезного сигнала, вызвавших срабатывание порогового элемента 4, значения напряжений

U,;(t) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 приблизятся к зна<) ( чениям отсчетрв полезного сигнала,, Это происходит за счет усреднения выбросов напряжений JJq;(t), вызванных шумами, при накоплении отсчетов входного сигнала на запоминающих блокак 9. Напряжения Ug< (t) модулируют о -импульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающего 60 генератора 7. При этом значения напряжений весовых функций, подаваемых с формирователя 2, приближаются к оптимальным, которые соответствуют отсчетам мгновенных значений по- 65 лезного сигнала Uq(t). 3a счет

° приближения формируемых весовых функций к оптимальным. увеличится частота правильных (при появлении полезного сигнала) срабатываний порогового элемента 4, так как начнет возрастать отклик каждого канала моделятора 1 на полезный сигнал, что приведет к увеличению напряжения.

U3(t) на выходе сумматора 3. Процесс адаптации ускорятся. Для одно- . временного уменьшения случайных срабатываний порогового элемента 4 под действием шума, .в интервалы,. когда полезный сигнал U (t) на входе отсутствует, порог срабатывания порогового элемента 4 автоматически увеличивается с увеличением напряжения 09(t) на выходе сумматора 3.

Таким образом, когда. на входном напряжении адайгивного фильтра U (t) нет повторяющегося сигнала U (t), происходят случайные срабатывания порогового элемента 4, средние значения напряжений на запоминающих блоках 9 формирователя 2 остаются нулевыми и порог Ц,„(t) в пороговом элементе 4 сохраняет значение, близкое к .1(пор

При появлении повторяющегося сигнала U<(t),процент случайных срабатываний порогового элемента 4 постепенно уменьшается, .напряжение на запоминающих блоках 9 все более приближаются к оптимальным значениям, модулированные этими напряжениями

6 -импульсы, подаваемые на сумматор

5, отсчетов выходного сигнала, стремятся к значению отсчетов U< полезного сигнала, пороговое напряжение порогового элемента 4 возрастает, а напряжение на выходе фильтра б все точнее повторяет форму полезного сигнала U (t), так как представляет собой огибающую .совокупности отсчетов полезного сигнала U „.(t), взятых через интервал g t„ = 7(5,что позволяет точно восстановить форму этого сигнала.

Таким образом, предлагаемое устройство, адаптируясь к параметрам повторяющегося сигнала неизвестной формы, принимаемого на фоне помех, и автоматически формируя оптимальную весовую функцию, позволяет повысить помехоустойчивость приема этого сигнала.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить не только повышение помехоустойчивости приема любых повторяющихся сигналов неизвестной формы путем их оптимальной фильтрации (если известны длительность и верхняя частота спектра сигнала), но и оптимальное обнаружение регулярного сигнала, так как при приближении уровней модулированных S -импульсов

1008888

Составитель Т. Афанасьева

Редактор Н. Ковалева Техред A.Бабинец Корректор Г. Orap 8

Заказ 2358/67 Тираж 934 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035:, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д..4/5

Ф

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

r к оптимальным напряжение на выходе сумматора 3 достигает максимума, соответствующего отклику оптимального обнаружителя.

Предлагаемое устройство может найти применение в системах обнаруженин, радиоастрономии, радиолокации и радиопеленгации. Время вхож" дения адаптивного фильтра в режим оптимальной фильтрации зависит от отношения сигнал-шум на входе фильт" ра и от частоты повторения входного сигнала. !