Адаптивный обнаружитель сигнала на фоне окрашенного шума

 

1. АДАПТИВНЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ СИГНАЛА НА ФОНЕ ОКРАШЕННОГО 111УМА, содержащий N -отводный элемент задержки , вход которого является входом обнаружителя, первый адаптивный фильтр, N входов которого соединены с .соответствующими выходами N -отводного элемента задержки, второй адаптивный фильтр, управляющие входы которого соединены с соответствующими управТтйющими выходами первого адаптивного фильтра, а N опорных входов являются входами опорного сигнала обнаружителя, соединенные последовательно блок перемножения N первых входов которого соединены с соответствующими выходами второго адаптивного фильтра, и пороговый элемент, выход которого является выходом обнаружителя, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения, в него введен блок коррекции, первые N входов которого соединены с соответствующими выходами первого адаптивного фильтра,вторые N входов g соединены с соответствующими выхода (Л ми нормированного сигнала второго адаптивного фильтра, .а N выходов блока коррекции соединены с соответствующими вторыми входами блока перемножения.

(19) (11):

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

М51) 0 01 Б 13 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

), !.

" л

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ды которого соединены с соответствующими управляющими выходами первого адаптивного фильтра, а ht опорных входов являются входами опорного сигнала обнаружителя, соединенные последовательно блок перемножения

Й первых входов которого соединены с соответствующими выходами второго адаптивного фильтра, и пороговый элемент, выход которого является вЫходом обнаружителя, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности обнаружения, в него введен блок коррекции, первые

N входов которого соединены с соответствующими выходами первого адаптивного фильтра, вторые М входов е соединены с соответствующими выходами нормированного сигнала второго адаптивного фильтра, а )(выходов блока коррекции соединены с соответствующими вторыми входами блока перемножения. (21) 3468088/18-09 ,(22) 09.07 ° 82 (46 ) 15. 12. 83. Бюл. )) 46 (72) А.Н. Лавриненко, A.И ° Павлов, А.A. Шаталов и А;Б. Ястребков (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 621 ° 396.967(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)1 832508, кл. G 01 H 7/36, 1979.

2. Патент CU9. )) 3668702, кл. G 01 Б 13/02, 1972 (прототип). (54)(57) 1. АДАПТИВНЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ

СИГНАЛА HA ФОНЕ ОКРЫЛЕННОГО ШУМА, содержащий Й -отводный элемент задержки, вход которого является входом обнаружителя, первый адаптивный фильтр, и входов которого соединены с .соответствующими выходами Й -отводного элемента задержки, второй . адаптивный фильтр, управляющие вхо(ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1061081 блоков, первый вход первого коррек, тирующего .блока каждого канала является входом того же канала, а выход последнего корректирующего блока каждого канала является выходом того же канала, вход первого канала соединен с его выходом не.посредственно, каждый канал содержит нормируюшие блоки, первый вход каждого иэ которых соединен с выходом соответствующего -канала, выход нормируюшего блока i --го канала соеди,,нен с вторыми входами < -х корректи: рующих блоков остальных каналов, вторые входы нормирующих блоков и третьи входы корректирующих блоков являются управляющими входами второго адаптивного фильтра, а выходы нормирующих блоков являются выходами нормированного сигнала второго .адаптивного фильтра.

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано в составе радиолокационных станций различного назначения.

Известно адаптивное устройство, 5 содержащее блок выборки, Й выходов которого соединены с М входами обеляюшего фильтра, ведомый фильтр, Я входов которого соединены с соответствующими Й:выходами источника ожидаемого сигнала, а входы регулирования соединены с соответствующими регулирующими выходами обеляющего фильтра, два блока нормирования, первый иэ которых подключен к

М выходам обеляющего фильтра, а второй к М выходам ведомого фильтра, при этом .второй блок нормирования является управляемым. К выходов первого и второго блоков нормирования подключены соответственно к Й первым и N вторым входам блока перемножения. Выход блока перемножения является выходом адаптивного Фильтра 11 .

2. Обнаружитель по п. 1, о т л и " ч а ю шийся тем, что первый адаптивный фильтр содержит и цепей, входы которых являются входами, а вы. выходы — выходами первого адаптивного фильтра, каждая 1 -я цепь,.

i = 1,2,..., Й, содержит блок нормирования, выход которого является выходом соответствующей цепи, в каж дой цепи, кроме первой, между ее входом и выходом блока нормирования включены последовательно -1 блоков декорреляции, первый вход каждого первого блока декорреляции является входом соответствующей цепи, второй и третий sxozpa q -го блока декорреляции каждой цепи соединены с входом . и выходом блока нормирования i -й цепи соответственно, управляющие выходы блоков нормирования и блоков декорреляции являются управляющими выходами первого адаптивного фильтра, а вход первого бЛока нормирования является входом первой цепи.

3. Обнаружитель по и. 1, о т л ич а ю щ.и. и с я тем, что второй адаптивный фильтр содержит " каналов, вход каждого иэ которых является соответствующим опорным входом, а выход - соответствующим выходом второго адаптивного фильтра, каждый

1-й, = 1, 2, ..., Н, канал, кроме первого, содержит соединенные последовательно -1 корректирующих

4. Обнаружитель по п. 1, о т л и . ч а ю шийся тем, что блок коррекции содержит H корректирующих цепей, каждая из которых образована последовательно соединенными усилителем, вход которого является соответствующим вторым входом блока коррекции, инвертором и сумматором, другой вход каждого иэ которых является соответствующим первым входом, а выход - соответствующим выходом блока коррекции.

Однако данное устройство отличается сравнительно большой сложностью,что вызвано полным решением задачи выбеливания входной выборки, что требует применения первого (адаптивного) блока нормирования и второго (регулируемого) блока нормирования.

Другим недостатком является ограниченное быстродействие адаптивного фильтра, связанное с использованием для последовательной ортогоналиэа.— ции автокомпенсаторов. . Наиболее близким по технической сущности к предложенному является адаптивный обнаружитель сигнала на фоне окрашенного шума, содержащий И -отводной элемент задержки, вход которого является входом обнаружителя, первый адаптивный фильтр, М входов котордго соедийены с соответствующими выходами

Неотводного элемента задержки, второй адаптивный фильтр, управляющие входы которого соединены с соответствующими управляющими выходами

1061081 первого адаптивного фильтра, Н опорных входов являются входами опорного сигнала обнаружителя, соединенные последовательно блок перемножения, и первых входов которого соединены с соответствующими выходами второго адаптивного фильтра, и пороговый элемент, выход которого ,является выходом обнаружителя f2) .

Однако данное устройство отличается недостаточной достоверностью обнаружения, что обусловлено сравнительно низкой помехоустойчивостью, так как полное выбеливание напряжений входной выборки, требуеМое для оптимального обнаружения, достигает- 15 ся в данном обнаружителе только при бесконечно большом числе декоррелирующих блоков, использующих попарное выбеливание напряжений входной выборки. Другим недостатком устрой- 20 ства является ограничивание быстродействия устройства временем установления регулирующих напряжений, которое в устройствах с обратными свяэами определяется условиями ус- 25 тойчивости. К недостаткам устройства относится также его сложность, которая особенно проявляется при большой размерности выборки входных напряжений. 30

Цель изобретения —. повышение достоверности обнаружения.

Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный обнаружитель сигнала, содержащий М -отводной элемент задержки, вход которого является входом обнаружг теля, первый адаптивйый фильтр, N входов которого соединены с соответствующими выходами H -отводного элемента задержки, второй адаптивный фильтр, управляющие входы которого соединены с соответствующими управляющими выходами первого адаптивного фильтра, а Я опорных входов являются входами опорного сигнала обнаружителя, соеди-45 .неннне последовательно блок перемножения, N первых входов которого соединены с соответствующими выходами второго адаптивного фильтра, и пороговый элемент, выход которого яв- 50 ляется выходом обнаружителя, в него введен блок коррекции, первые N входов которого соединены с соответствующими выходами первого адаптив- . ного фильтра, вторые H входов соеди- 55 нены. с соответствующими выходами нормированного сигнала второго,адап,тивного фильтра, а Й выходов блока коррекции соединены с соответствующими вторыми входами блока перемножения.

Первый адаптивный фильтр содержит Ц цепей, входы которых являются входами, а выходы — выходами первого адаптивного фильтра, каждая. -я цепь (i = 1,2,... N) содержит блок нормирования, выход которого является выходом соответствующей цепи, в каждой цепи, кроме первой, между ее входом и выходом блока нормирования включены последовательно -1 блоков декорреляции, первый вход каждого первого блока де- . корреляции является входом соответствующей цепи, второй и третий входы л-го блока декорреляции каждой цепи соединены с входом и выходом блока нормирования < -й цепи соответственно, управляющие выходы блоков нормирования и блоков декорреляции являются управляющими выходами первого адаптивного фильтра, а вход первого блока нормирования является входом первой цепи.

Второй адаптивный фильтр содержит К каналов, вход каждого из которых является соответствующим опорным вхедом, а выход — соответствующим выходом второго адаптивного фильтра, каждый 1 -й, (i = 1,2,...,N) канал, кроме первого, содержит соединенные последовательно j -1 коррек тирующих блоков, первый вход первоro корректирующего блока каждого канала является входом того же ка- нала, а выход последнего корректирующего блока каждого канала явля ется выходом того же канала, вход первого канала соединен с его выходом непосредственно, каждый канал содержит нормирующие блоки, первый вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего канала, выход нормирующего блока -ro канала соединен с вторыми входами -х корректирующих блоков остальных каналов,. вторые входы нормируюгаих блоков и третьи входы корректирую-. щих блоков являются управляющими входами второго адаптивного фильтра, а выходы йормирующих блоков являются выходами нормированного сигнала второго адаптивного фильтра.

Блок коррекции содержит Й корректирующих цепей, каждая из которых образована последовательно соединенными усилителем, вход которого является соответствующим вторым входом блока коррекции, инвертором и сумматором, другой вход каждого из которых является соответствующим первым входом, а внход— соответствующим выходом блока коррекции.

На фиг. 1 приведена структурная схема предложенного адаптивного обнаружителя сигнала на фоне окрашенного шума; на фиг. 2 — стр Гктурная схема первого адаптивного фильтра; на фиг. 3 - то же, второго; на фиг. 4 - структурная схема блока коррекции; на фиг. 5 — структурная

1061081

4. схема блок декорреляции на фиг.6 - структурная схема корректирующего блока на фиг. 7 — структурная r схема блока нормирования.

-Адаптивный обнаружитель сигнала на фоне окрашенного шума содержит

Я-отводной элемент 1 задержки первый адаптивный фильтр 2, второй адаптивный фильтр 3, блок 4 коррекции, бдок 5 перемножения и порого- . вый элемент 6. Первый адаптивный фильтр 2 содержит цепи 7, блоки 8 нормирования и блоки 9 декорреляции. Второй адаптивный фильтр 3 со держит каналы 10, 11, корректирую щие блоки 12 и нормирующие блоки 13.

Блок 4 коррекции содержит коррек- . тирующие цепи 14, первые сумматоры

15, первые усилители 16 и .первые инверторы 17. Блок 9 декорреляции содержит первый перемножитель 18, 20 первый усреднитель 19 и корректор 20. .Корректор 20 содержит масштабирующий усилитель 21, второй инвертор

22 и второй сумматор 23. Блок 8 нормирования содержит квадратичный 25 детектор 24, второй усреднитель 25, второй перемножитель 26, блок 27 . формирования порога, первый операционный усилитель 28,.источник 29. опорного напряжения, первый резис 3() тор 30, второй резистор 31 и третий резистор 32.

Адаптивный обнаружитель работает следующим образом.

Оптимальная обработка при обнаружении известного сигнала на Фоне окрашенного шума определяется . выражением

g QG — 5 QSt3, (1) 40 где — вектор выборок напряжений входного сигнала

Q - обратная ковариционная матрица мешающих шумов1 вектор выборок .напряжений: опорного сигнала;

Э - постоянная величина порога. Известно, что обработку (1) можно представить в эквивалентном виде при использовании выбеливающих фильт- о ров

Н5 (; Н Н Ь т где Н - матрица коэффициентов передачи выбеливающих фильтPoB °

При этом выбеленный процесс « » 7, Нт предатавляет собой вектор выборки ортонормированных напряжений, ковариационная матрица которых щ является единичной

)(-1. (3)

В условиях априорной неопределенности о статических характеристиках.шумов возможно построение адаптивного обнаружителя, использующего выбеливание выборок входного сигнала .с помощью первого адаптивного (выбеливающего) фильтра, при этом характеристики второго адаптивного фильтра, через который проходит опорный ригнал, подстраиваются управляющими сигналами ведущего фильтра. Дальнейшая обработка связана с формированием напряжения пропорционального сумме произведений элементов выходного напряжения адаптивного ведущего фильтра и выходного напряжения ведомого фильтра с последующим сравнением этого напряжения с порогом, котбрый в данном случае является переменным за счет первого слагаемого левой части выражения. Такая последовательность обработки сигналов при адаптивном обнаружении используется в известном устройстве (прототипе).

В адаптивном обнаружителе последовательность обработки сигналов в обобщенном виде можно записать следующим обравом.

Предлагается в адаптивном ведущем фильтре, роль которого выполняет первый адаптивный фильтр 2, производить адаптивную последовательную ортогонализацию с нормированием напряжений опорных каналов к их дисперсии. Результат обработки может быть записан в виде где Н - матричная характеристика ортогонализнрующего с нормированием опорного канала фильтра.

При этом ковариационная матрица выходных напряжений « имеет диагоv нальный вид

К> . ;о 6 « . < 6„. (<) . (5)

Ъ

«« ° ° «««- ° > где& „- дисперсии напряже2

«,« 1 °,к ний в соответствующих опорных каналах.

Как видно из (5), в этом случае ковариационная матрица l(l ф t т.е. ч преобразование (4 ), не является выбеливающим.

Наличие регулируемого (переменного) порога в прототипе усложняет устройство обработки в целом. Упрощение устройства. достигается введением аддитивной поправКи в процесс на выходе первого адаптивного фильтра 2 вида 1/2 5 Й»;

Для учета искажений обнаруживаемого сигнала при его прохождении через первый адаптивный фильтр 2

1061081 осуществляется преобразование вектора выборок опорного сигнала эквивалентное ортогонализирующему преобразованию выборки входного процесса ,в первом адаптивном Фильтре 2, т.е, формируется вектор вида ->,= H 5

Р где Н - матрица ортогонализирующего преобразования входного процесса F

Таким образом, в целом обработка сигналов. в устройстве адаптивного обнаружения сигнала на фоне окрашенного шума может быть записана сле-. дующим образом: ((н „- -, Ь H ö í р 5 > >Я .

С физической точки зрения это 2() означает, что выборки. входного сигнала, получаемые на выходе Й отвод. ного элемента 1, подвергаются адаптивной обработке И ц, осуществляемой в первом адаптивном Фильтре 2, g5 характеристики которого подстраиваются в зависимости от статистичес;. ких свойств входного процесса. Во втором адаптивном фильтре 3, харак-: теристики которого подстраиваются сигналами от первого адаптивного фильтра 2, формируется иэ опорного сигнала 5 сигнал адитивной:. попран- ки и преобразованный с весами ортогоналиэирующего преобразования опорный сигнал. Принятие решения о наличии или отсутствии сигнала на фоне окрашенного шума осуществля,ется при сравнении с постоянным порогом в пороговом элементе 6 сигнала равного скалярному. произ-. ведению, полученному в блоке 5, скорректированного сигнала с преобразованным опорным сигналом в блоке .4.

Первый адаптивный фильтр 2 содержит блоки 8 нормирования, на выходе которых образуется сигнал, нормированный к собственной дисперсии.

Нормировка осуществляется за счет квадратичного детектирования квадра- . тичным детектором 24, усреднения вторым усреднителем. 25, перемножения на втбром перемножителе 26 с сигналом, снимаемым.с операционного усилителя 28, на который подан опорный сигнал от источника 29.

Операционный усилитель 28 с вторым перемножителем 26 в цепи обратной связи реализует операцию деления.

Блок 27 формирования порога в схеме блока. 8 нормирования представляет собой усилитель с регулируемлм коэффициентом передачи.

В блоках 9 осуществляется декорреляция сигналов эа счет перемножения сигналов в первом перемножителе

18, усреднения в первом усреднителе 19 и обработки в корректоре 20, состоящем из Масштабирующего усилителя 21, второго инвертора 22 и второго сумматора 23.

Во втором адаптивном фильтре 3, содержащем корректирующие блоки 12 и нормирующие блоки 13, формируются сигналы, необходимые для работы блока 4 и блока 5.

Блок 4 коррекции содержит первые сумматоры 15, первые усилители

16 и первые инверторы 17 и на его выходе образуется векТор выборки на- пряжения входного сигнала с введенной поправкой.

Предложенный адаптивный обнаружитель позволяет повысить достоверность обнаружения сигнала на фоне окрашенного шума при достаточном быстродействии и относительно простой реализации.

1061081

)pere.

1061081 фиг.б

) ., Составитель Н. Мельников

Редактор О.Колесникова Техред д.Пилипенко

Корректор Г.Решетник

Подписное

Заказ 10034/48 Тираж 710

ВНИИХИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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