Цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо-сигналов

 

ЦИФРОВОЙ СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ, по авт.св. № 964979, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности фильтрации, в него введены h последовательно соединенных блоков фильтрации, вход первого из которых подключен к первому выходу коммутатора, и п последовательно соединенных дополнительных блоков управления фильтрацией, вход первого из которых подключен к выходу блока управления, при этом каждый блок фильтрации состоит из последовательно соединенных блока памяти импульсной характеристики, умножителя и сумматора , . блока задержки кодов, вход которого объединен с входом блока памяти импульсной характеристики и является входом блока фильтрации, а выход подключен к второму входу умножителя, а также блок памяти промежуточных результатов, выход которого подключен к второму входу сумматора , а вход .- к выходу сумматора, выход которого является выходом блока фильтрации, причем управляющие входы блока памяти импульсной харак (П теристики, блока задержки кодов, сзгмматора и блока памяти промежуточных результатов объединены и подключены к выходу соответствукяцего блока уп§ равления фильтрацией.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

«стс«с«

РЕСПУБЛИК

09} (И) ш Н 03 Н 17/06 т

1 ф Г »« 1 = т «.с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

««*отсс с««смт се«сстссъстет

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 964979 (2i) 3565761/18-09 (22) 10.03.83 (46) 23.07. 84. Бюл. № 27 (72) Н.М. Шагиев (71) Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" (53) 621.396.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 964979, кл. Н 03 Н 17/06, 1981 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ СОГЛАСОВАННЫЙ

ФИЛЬТР ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ, по авт.св. ¹ 964979, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения точности фильтрации, в него введены h последовательно соединенных блоков фильтрации, вход первого из которых подключен к первому выходу коммутатора, и в последовательно соединенных дополнительных блоков управления фильтрацией, вход первого из которых подключен к выходу блока управления, при этом каждый блок фильтрации состоит из последовательно соединенных блока памяти импульс:ной характеристики, умножителя и сумматора,. блока задержки кодов, вход которого объединен с входом блока памяти импульсной характеристики и является входом блока фильтрации, а выход подключен к второму входу умножителя, а также блок памяти промежуточных результатов, выход которого подключен к второму входу сумматора, а вход . — к выходу сумматора, выход которого является выходом блока фильтрации, причем управляющие Я входы блока памяти импульсной характеристики, блока задержки кодов, сумматора и блока памяти промежуточных результатов объединены и подключены к выходу соответствующего блока уп- Ф равления фильтрацией.

1 11046

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных устройствах статистической обработки геоакустических или радиолокационных сигналов.

По основному авт.св. Р 964979 известен цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо-сигналов, содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразова- 1п тель, коммутатор, первый блок памяти, умножитель, сумматор, второй блок памяти и блок анализа знаков, выход которого соединен с вторыми входами второго блока памяти, умножителя и .сумматора, второй вход объединен с вторым входом коммутатора и подключен к выходу первого блока памяти, третий вход объединен с третьим входом умножителя, первым входом блока управления фильтрацией и подключен к второму выходу коммутатора, третий вход которого объединен с вторым входом аналого-цифрового нреобразователя, вторым входом блока управления фильтрацией и первым входом блока записи и подключен к выходу блока управ- ления, вход которого соединен с выходом блока записи, при этом второй вход блока записи подключен к первому выходу коммутатора, выход второго

30 блока памяти — к третьему входу сум-. матора, а управляющие входы первого и второго блоков памяти и сумматора объединены и подключены к выходу блока управления фильтрацией 1 1

Оптимальный режим фильтрации для кажцой реализации импульсных эхосигналов в известном фильтре создается за счет выбора в качестве импульсной характеристики фильтра зондирующего сигнала и перезаписи импульсной характеристики при каждомзондировании.

Недостатком цифрового согласованного фильтра для импульсных эхо-сиг- 45 налов является низкая точность фильтрации при действии на входе коррелированных помех, т.е. в том случае, когда спектры эхо-сигнала и помехи близки по форме, но отличны по интенсивности.

Целью изобретения является увеличение точности фильтрации.

Цель достигается тем, что в цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо-сигналов, содержащий последовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь, коммута58 1 тор, первый блок памяти, умножитель, сумматор, второй блок памяти и блок анализа знаков, выход которого соединен с вторыми входами второго блока памяти, умножителя и сумматора, второй вход объединен с вторым входом коммутатора и подключен к выходу первого блока памяти, третий вход объединен с третьим входом умножителя, первым входом блока управления фильтрацией и подключен к второму выходу коммутатора, третий вход которого объединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя, вторым входом блока управления фильтрацией и первым входом блока записи и подключен к выходу блока управления, вход которого соединен с выходом блока записи, при этом второй вход блока записи подключен к.первому выходу коммутатора, выход второго блока памяти — к третьему входу сумматора, а управляющие входы первого и второго блоков памяти и сумматора объединены и подключены к выходу блока управления фильтрацией, .введены последовательно соединенных блоков фильтрации, вход первого из которых подключен к первому выходу коммутатора, и и последовательно соединенных блоков управления фильтрацией, вход первого из которых подключен к выходу блока управления, при этом каждый блок фильтрации состоит из последовательно соединенных блока памяти импульсной характеристики, умножителя и сумматора, блока задержки кодов, вход которого объединен с входом блока памяти импульсной ха- рактеристики и является входом блока фильтрации, а выход подключен к .второму входу умножителя, а также блок памяти промежуточных результатов, выход которого подключен к второму входу сумматора, а выход — к выходу сумматора, выход которого является вьмодом блока фильтрации, причем управляющие входы блока памяти импульсной характеристики, блока задержки кодов, сумматора и блока памяти промежуточных результатов объединены и подключены к выходу соответствующего блока управления фильтрацией.

На чертеже приведена структурная электрическая схема цифрового согласованного фильтра для импульсных эхосигналов.

Цифровой согласованный фильтр содержит блок 1 управления, аналого3 i 1046 цифровой преобразователь 2, коммутатор 3 (зондирующего и эхо-сигналов), блок 4 записи, первый блок 5 памяти (зондирующего сигнала), блок 6 анализа знаков, умножитель 7, второй блок 8 памяти (промежуточных резуль5 татов), сумматор 9, блок 10 управления фильтрацией, блоки 11-1 — 11- п фильтрации, каждый из которых состоит из блоков f2-1 — 12-и памяти имt0 пульсной характеристики 12-1 — 12- tl> умножителей 13-1 — 13-п, сумматоров 14-1 — 14-п, блоков 15-1 — 15-и задержки кодов, блоков 16-1 †. 16-h памяти промежуточных результатов, а

15 также блоки 17-1 — 17-п управления фильтрацией.

Устройство работает. следующим образом."

Первый командный импульс с внешне20 го устройства, совпадающий по времени с созданием зондирующего сигнала в среде, через управляющий вход уст ройства поступает на блок 1 управления, где по его переднему фронту формируются команды управления и запуска. Команда управления поступает на коммутатор 3 и переключает его таким образом, что выход аналого-цифрового преобразователя 2 оказывается подключенным к входам блока 4 записи, блока 12-1 памяти импульсной характеристики и блока 15-1 задержки кодов, первого блока 5 памяти. По команде запуска в блок 1 управления формируются импульсы запуска аналого-цифро- З5 вого преобразователя 2 с частотой следования $ . Команда управления поступает также на блок 17-1 управления фильтрацией.

Аналоговый сигнал с внешнего уст- 40

„ройства подается на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 2, в котором по каждому импульсу запуска производится выборка и преобразование текущего значения амплитуды 45 входного сигнала в цифровой код. С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 цифровые коды, сопровождаемые синхроимпульсами, через коммутатор 3 подаются на блок 4 записи и 50 первый блок 5 памяти, в котором производится последовательная запись цифровых кодов выборок.

Время прихода зондирующего сигнала в общем случае неизвестно, поэтому 55 запись входного сигнала в первый блок 5 памяти производится по командному импульсу с внешнего устройства, 58 4 но ввиду ограниченности числа ячеек необходимо коды выборок зондирующего сигнала записать в первый блок 5 памяти таким образом, чтобы, например, максимальный код выборки амплитуды зондирующего сигнала находился в определенной ячейке первого блока 5 памяти. Для этого в блоке 4 записи производится сравнение кодов выборок входного сигнала, поступивших в даный 8 (шИ) и предыдущий момент

t(m-1) г3;

При выборе максимального кода входного сигнала, т.е. при условии зс 1 зс в блоке 4 записи формируется команда, по которой прекращается сравнение кодов и начинается счет синхроим пульсов, сопровождающих коды. Подсчет синхроимпульсов производится до тех пор, пока их количество не достигнет заранее выбранного числа выборок зондирующего сигнала, расположенных-после максимума участвующих в фильтрации эхо-сигналов.

По окончании подсчета синхроимпульсов в блоке 4 записи вырабатывается импульс, конца записи зондирующего сигнала, который поступает на блок 1 управления и запрещает форми, рование импульсов запуска аналогоцифрового преобразователя 2.

Одновременно с записью в первый блок 5 памяти цифровые коды выборок записываются в блок 12-1 памяти импульсной характеристики и в блок 15-1 задержки кодов. По окончании записи импульсной характеристики, длительность которой „ заранее задана или выбирается в процессе записи зондирующего сигнала, блок 17-1 управления фильтрацией формирует команду на разрешение фильтрации задержанного зондирующего сигнала, ко-. торая поступает также на следующий блок 17-2 управления фильтрацией, в котором формируется команда на разрешение записи цифровых кодов в блок 12-2памяти импульсной характеристики и в блок 15-2 задержки кодов.

В общем случае указанная команда, вырабатываемая блоком 17- управления фильтрацией, является командой на разрешение фильтрации задержанной импульсной характеристики, которая поступает на блок 17-i+3 управления фильтрацией, где формируется команда на разрешение записи цифровых кодов в блок 12- 1 + 1 памяти импульс58

В 11046 ной характеристики.и в блок 15- 1+1 задержки кодов. По команде на разре-. шение фильтрации, вырабатываемой блоком 17-1 управления фильтрацией, цифровые коды задержанной импульсной характеристики с блока 15- i задержки кодов и цифровые коды с блока 12-1 памяти импульсной характеристики поступают на умножитель 13-1, где каждое значение задержанной импульс- 10 ной характеристики перемножается (свертывается) со всеми цифровыми кодами, поступающими с блока 12- 1 памяти импульсной характеристики, а полученные произведения подаются 15 на сумматор 14- 1. На сумматоре 14-1 производится сложение текущих значений с промежуточными результатами свертки, которые хранятся: в блоке 16--i памяти промежуточных ре- 20 зультатов. В заданные моменты времени по сигналам управления с блока 17-1 управления фильтрацией, цифровые коды с сумматора 14- 1 поступают на блок 15- i+1 задержки кодов 25 и блок 12- i +i памяти импульсной характеристики. По окончании записи цифровых кодов в блок 12- и памяти импульсной характеристики, в каждом одноименном блоке 12- г1 будут запи- зО саны цифровые коды импульсной характеристики длительность которой равна 7; = 2 ", представляющей из себя автокорреляционную функцию импульсной характеристики, записанной в предыдущем блоке памяти импульсной характеристики 12- 1 — 1. Таким образом, в блоке 12-а записана импульсная характеристика, длительность которой равна „= 2 " „, т.е. в 2 раз 40 больше4 чем длительность зондирующего сигнала, Расширение длительности сигнала ведет к сужению его частотного спектра, поэтому импульсная характеристика цифрового согласованного фильтра для импульсных эхо-сигналов имеет спектр примерно в Z(" "Iðàç уже, чем спектр зондирующего сигнала.

По второму командному импульсу с внешнего устройства, который по времени упреждает эхо-сигнал, но не должен приходить ранее окончания записи цифровых кодов в блок 12-2 памяти импульсной характеристики, блок 1 управления вновь формирует команды управления и запуска. По команде управления коммутатор 3 подключен выход первого блока 5 памяти, к своему входу, образуя кольцо из ячеек памяти для циркуляции по ним кодов выборок зондирующего сигнала, и выход аналого-цифрового преобразователя 2 к входам блока 6 анализа. знаков, умножителя 7, блока 10 управления фильтрацией и блока 15-1 задержки кодов. А по команде запуска в блоке 1 управления формируются импульсы запуска аналого-цифрового преобразователя 2 с прежней частотой следования Е . Команда управления поступает также через блок t7-1 управления фильтрацией на все последующие одноименные блоки 17-2 — 17-h, в каждом из которых формируются команды управления фильтрацией, одна из которых поступает в блоки 12-1 - 12-п памяти импульсной характеристики, переводя их в режим считывания информации, запрещая тем самым запись цифровых кодов, поступающих на вход.

Аналоговый сигнал с внешнего устройства подается на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 2, в котором по каждому импульсу запуска производится выборка и преобразование. текущего значения амплитуды входного сигнала в цифровой код. С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 через коммутатор 3 цифровые коды подаются на первый вход умножителя 7 и блока 15-1 задержки кодов, знак кода выборки входного сигнала поступает в блок 6 анализа знаков, а синхроимпульсы, сопровождающие цифровой код, на блок 10 управления фильтрацией. В последней по каждому синхроимпульсу вырабатывается последовательность из (n + 1)-го тактово-. о го импульса, частота следования которых должна быть больше в (no+ 1) раз, чем частота импульсов запус" ка Е, т.е. т (+ 1)Е .

Последовательность тактовых импульсов подается в первый блок 5 памяти, где она используется для цир куляции кодов выборок зондирующего сигнала. Но так как первый блок памяти имеет йо ячеек, а тактовых импульсов (n, + 1), то в каждом цикле запуска аналого-цифрового преобразователя 2 производится "лишний" сдвиг кодов выборок зондирующего сигнала.

Такой режим циркуляции облегчает поиск результата фильтрации в каждом цикле запуска. В блоке 10 управления

I фильтрацией вырабатывается также

"скользящий импульс, который подает11046

7 ся на сумматор 9 и используется там для вывода результата фильтрации, который в каждом цикле запуска образуется в разные такты ("скользит" по тактам), т.е. в первом цикле он обра- 5 зуется. в первом такте, во втором цикле — во втором такте, и т.д., в "o ом цикле — в и -ом такте, а в (ь + 1)цикле — снова в первом такте, в (ьо + 2)-цикле — во втором также и 10 т е д

Кроме этого, с блока 10 управления фильтрацией и тактовых импульсов подаются на второй блок 8 памяти, где они используются для записи циф- !5 ровых кодов, поступающих на сумматор 9 и знака указанных кодов на блок 6 анализа знаков. В зависимости от знаков кодов .выборок входного зондирующего сигнала, а также знака ко- 20 да промежуточного результата, блок 6 анализа знаков вырабатывает команды на считывание прямого или обратного кода с умножителя 7 на сумматор 9, с сумматора 9 на второй блок 8 памя- 25 ти и со второго блока 8 памяти на сумматор 9.

При каждом. цикле запуска код выборки входного сигнала S (ii) постуSx пает на один из входов умножителя 7 и сохраняется на нем до прихода кода следующего цикла запуска S „ ((i+!)t).

На второй вход умножителя 7 при каждом цикле запуска подаются ь кодов выборок зондирующего сигнала. В умно35 жителе 7 производится последовательное умножение кода выборок входного сигнала S „ (1 ) на все и кодов выборки зондирующего сигнала S f(n -K) I ) .

Парные произведения с выхода ум 40 ножителя 7 подаются на один из входов сумматора 9, на второй вход которого поступают коды промежуточных результатов из второго блока 8 памяти. Промежуточные (частные) суммы 45 парных произведений с выхода сумматора 9 записываются во второй блок 8 памяти. В один из тактов, соответствующий "скользящему" импульсу, код промежуточной суммы выводится с сум- 50 матора 9 на вход устройства, а в этот момент во второй блок 8 памяти записывается нулевой код, т.е. происходит сброс одной из ячеек второго блока 8 памяти.

С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 цифровые коды, сопровождаемые синхроимпульсами через комму58 татор 3, поступают на блок 15-1 задержки кодов, где они задерживаются на время Т,, соответствующее длительности импульсной характеристики, записанной в блоке !2-1 памяти импульсной характеристики. После этого, блок 17-1 управления фильтрацией формирует команду на разрешение фильтрации задержанных эхо-сигналов.

В общем случае цифровые коды с сумматора 14-1-1 подаются на блок 15-i задержки кодов, где за(ерживаются на время, соответствующее длительности импульсной характеристики, записанной в блоке 12- i памяти импульсной характеристики. После этого блок 17-i управления фильтрацией формирует команду на разрешение фильтрации задержанных входных сигналов, поступивших на блок 15-i задержки кодов. По указанной команде цифровые коды с блока 15-i задержки кодов и цифровые коды с блока 12- памяти импульсной характеристики поступают на умножитель 13-i где каждое значение задержанных входных сигналов перемножается со всеми значениями импульсной характеристики, и полученные парные произведения подаются на сумматор 14-i.

На сумматоре 14- производится сложение текущих значений парных произведений с проме куточными результатами сумм парных произведений, которые хранятся в блоке 16-i памяти промежуточных результатов. Цифровые коды с сумматора 14-i поступают в блок 16-i памяти промежуточных результатов, и в заданные моменты времени по командам с блока 17-i управления фильтрацией выдаются на блок 15- i + 1 задержки кодов.

Предлагаемое устройство представляет собой многозвенный цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо-сигналов. В каждом звене фильтрации импульсная характеристика оказывается согласованной с сигналом, поступающим на вход этого звена.

Это позволяет в несколько раз повысить точность фильтрации импульсных эхо-сигналов при малых соотношениях сигнал/помеха и перекрывающихся спектрах сигнала и помехи на входе устройства по сравнению с известным устройством.

1104658

Составитель Т.Афанасьева

Редактор Н.Пушненкова Техред Л.Коцюбняк Корректор Л.Пилипенко

Заказ 5321/43 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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