Способ определения временной задержки одного сигнала относительно другого

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ОДНОГО СИГНАЛА ОТНОСИ- , ТЕЛЬНО ДРУГОГО, основанный на том, что один из сигналов задерживают на задержки, зависящие от времени по квадратичному закону, перемножают со вторым сигналом и интегрирзпот по времени, при этом три параметра квадратичного закона подбирают таким образом, чтобы они обеспечивали максимальное значение интеграла по времени, о тлич ающийс я тем, что, с целью повышения точности , первый сигнал.подвергают временной задержке, зависящей от времени по квадратичному закону с тремя подобранными параметрами, и полученный в результате этой задержки новый сигнал вторично задерживают на задержки, зависящие от времени по-квадратичному закону и вторично подбирают три параметра квадратичного закона, обеспечивакяцие максимум интеграла от прбизведения дважды задержанного первого сигнала и незадержанного второго сигнала и проt8 должают этот процесс до тех пор, пока максимальное значение интеграла , полученное на последуцяцем шаге, с заданной точностью не совпадает с максимальным значением интеграла, полученным на предьщущем шаге.

GN 09

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

tNW

РЕСПУБЛИК 4(5l) G 04 F. 10 06

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф

1ОСУДАРСТВЕННЫй КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3332959/24-21 (22) 02. 09.-81 (46) 30.01 85. Бюл. 11 4 (72) А. Г. Заяц (53) 621. 317. 341 (088. 8) (56) 1. Мирский Г. Я. Аппаратурное определение характеристик случайных процессов, M. "Энергия", 1972, с. 116-127.

2. Варакин Л. Е. Теория сложных сигналов. "Советское радио", 1970, с. 101-103. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ОДНОГО СИГНАЛА ОТНОСИ-, ТЕЛЬНО ДРУГОГО, основанный на том, что один из сигналов задерживают на задержки, зависящие от времени по квадратичному закону, перемножают со вторым сигналом и интегрируют по времени, при этом три .параметра квадратичного закона подбирают таким образом, чтобы они обеспечивали максимальное значение интеграла по времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, первый сигнал. подвергают временной задержке, зависящей от вре-. мени по квадратичному закону с тремя подобранными параметрами, и полученный в результате этой задержки новый сигнал вторично задерживают на задержки, зависящие от времени по квадратичному закону и вторично подбирают три параметра квадратичного закона, обеспечивающие максимум интеграла от произведения дважды задержанного первого сигнала и незадержанного второго сигнала и про- Я должают этот процесс до тех пор, нока максимальное значение интеграла, полученное на последуЮщем шаге, с заданной точностью не совпадает с максимальным значением интеграла, Р полученным на предыдущем шаге. мени (2) .

Ф Й 374

Изобретение относится к радиотехнике и акустике и может быть использовано в корреляционных экстремальных системах.для измерения временных задержек случайных сигналов.

Известен способ для определения временной задержки одного сигнала

«относительно другого, заключающийся в том, что один из сигналов сдвигают на различное время, умножают. на 10 второй сигнал, н их произведение интегрируют по времени, после чего определяется местоположение максимума взаимной корреляционной функции (вкпб) Я .

)5

Недостатком данного способа является возможность использования для случая, когда источник, излучающий исследуемые сигналы, неподвижен относительно приемника, и измеряемая >0 временная задержка постоянна (C (й)=

=const). Если источник сигнала движется, увеличение времени интегрирования приводит к декарреляции сигналов, искажению формы ВКФ, смещению и расплыванию корреляционного максиму-. ма, который в конце концов может вообще исчезнуть. Поэтому время интегрирования приходится ограничивать интервалом, на протяжении которого З0 изменение временной задержки не приводит к существенной декорреляции сигналов. В этом интервале задержку можно считать постоянной. При этом ограничение времени интегрирования ограничивает точность определения задержки.

Известен также способ определения временной задержки одного сигнала относительно другого, основанный на 40 том, что один из сигналов задерживают на задержки, зависящие от времени по квадратичному закону, перемножают со вторым сигналом и интегрируют по времени, при этом три параметра 45 . квадратичного закона подбирают таким образом, чтобы они обеспечивали мак-, симальное значение интеграла по вре50

Однако этот способ имеет недостаточную точность измерения, обусловленную тем, что временная задержка может выражаться полиномом вьпне второй степени (источник сигнала 55 движется с переменным ускорением).

Цель изобретения — повышение точности измерения.

40 2 укаэанная цель достигается тем, что согласно способу определения временной задержки одного сигнала относительно другого, основанного на том, что один иэ сигналов задерживают на задержки, зависящие от времени по квадратичному закону, перемножают со вторым сигналом и интегрируют по времени, при этом три параметра кввд" ратичного закона подбирают таким образом, чтобы они обеспечивали макси" мальное значение интеграла по времени, подвергают первый сигнал временной задержке, зависящей от времени по квадратичному закону с тремя подобранными параметрами, и полученный в результате этой задержки новый сигнал вторично задерживают на задержки, зависящие от времени по квадратичному закону и вторично подбирают три параметра квадратичного закона, обеспечивающие максимум интеграла от произведения дважды задержанного первого сигнала и незадержанного второго сигнала и продолжают этот процесс до тех пор, пока максимальное значение интеграла, полученное на последующем шаге, с заданной точностью не совпадает с максимальным значением интеграла, полученным на предццущем шаге.

На чертеже приведена схема примера реализации способа, Один из сигналов, например Р (), задерживают на переменные временные задержки (квадратичные задержки), изменяющиеся со временем по квадратичному закону ь а, k, Ь; (t) =а +k; й+ Ь; t (t) с различными значейиямй трех параметров а,, k„, Ь„ . Границы изменения параметров (а;, k,, Ъ;) определяются конкретными условиями эксперимента.

Р"," " ()=Р,(с.-",„.Ь. ()=Р, Ь-(а;, +

+b; t )), (2) Каждый из задержанных сигналов F,о " ° " (t) умножают на второй сигнал F< (t) и интегрируют по времени.

Значения параметров (а, ki Ь; ) подбирают таким образом, чтобы соответствующий интеграл принимал наибольше значение

R(a М;Ь Т i F„(t-(a„ +1с; t+b; Е )j о >

"Р (t) dt ax R«. Ь,). (3)

После этого первый сигнал Рi (t) подвергают квадратичной временной за11374 держке с полученными значениями параметров (а,, ki, Ъ| )

Г (t) F, (t-(a;+k; tabb; t )1. (4)

Полученный таким образом новый сигнал Р (й) вторично задерживают на квадратичные задержки (I) с различными значениями параметров (и, k, b) и вторично подбирают параметры а, а,, k;;kiti Ъ; =Ъ;, обеспечивающие наибольшее значение интеграла 10 (5) от произведения задержанного ! +1) сигнала FI< (t) с вторым сигналом Г, (t) (1и) «+

+! + t )) ° F (t) dt ax „(5) !5

Этот процесс продолжают до тех пор, пока максимальное значение ин(р) теграла В.(ц 1, 1,), полученное на р1 р шаге с заданной точностью совпадает. с максимальным значением интег(р-1) рала К !, полученным на предыдущем шаге р -l. Производя при этом подстановки квадратичной функции йр=-а +(1-k 1t-Üрt с параметра25 ми a, kp, Ь, полученными на последующем шаге р в полином Q f (t) полученный на предыдущем шаге о -1

y, (t)=-а,+(I+K„) t-b, t2

y< (t)= Ч1 р-a2+(I-k2)t-Ъ еЧ

° ° ° ° ° ° ° ° ° ° °

30 q (е)=6(„(-à +(I-1с ) t-Ъ t ), (6) получаем после р -го шага функцию от времени t (t) =t- р (t), (7) определяющую временной сдвиг..сигнала 35

F< (t) относительно сигнала F< (t) в любой момент времени t a интервале (О,Т ). Время интегрирования Т неограничено.

На чертеже приведена схема уст- 40 ройства, реализующая способ.

Устройство содержит управляемую линию 1 задержки, линии 2-4 фиксированной задержки, линии 5-1, 5-2, 5-п квадратичной задержки, коррело- 45 метры 6-1, 6-2, ... б-п, экстрематор 7, вычислительный блок 8, пер% вый, второй ключи 9 и 10. Выход пер.вого ключа 9 через управляемую линию

1 задержки подключен к линиям 5-1, 50

5-2, ... 5-и задержки, выходы которых через первые входы коррелометров 6-!, 6-2, ... 6-и подключены к входам экстрематора 7, выход которого соединен с вычислительным бло- 55 ком 8. Его выход соединен с управляка им входом управляемой линии 1 задержки, Вторые входы коррелометров

40 4

6-1, 6-2, ... 6-и через линию 2 фиксированной задержки соединены с выходом второго ключа IO. Линия 4 задержки соединяет вторые входы коррелометров с выходом линии 2 фиксированной задержки, а линия 3 эадерж" . ки соединяет выход управляемой линии

1 задержки с ее входом. Управляемая линия задержки (УЛЗ) 1 выполняется из последовательно соединенных АЦП, вычислительного блока и ЦАП.

Устройство работает следующим образом.

Первый и второй ключи 9 и 10 saмыкаются на время Тр, равное необходимой длине реализации сигналов F<(t) и F (t), и сигнал Р (й) поступает на вход УЛЗ. Одновременно сигнал

F (t) поступает на вход линни 2 задержки (ЛЗ). Фиксированная задержка

Т ЛЗ 2 устанавливается таким обра2 зом, чтобы обеспечить запаздывание второго сигнала Р () относительно сигнала Р () в любой момент времени на всей длине реализации Тр сигналов. Через время Т первый и второй ключи 9 и 10 размыкаются, и ввод сигналов F< (t) и F (t) в устройство прекращается.

УЗЛ 1 в зависимости от значений параметров а,к,в, поступакицих с выхода вычислительного блока 8 иа ее управляющий вход, задерживает поступающий на ее вход сигнал на зависящую от времени t по квадратичному закону (с тремя параметрами a,ê,â) задержку (!). Так как в исходном оостоянии значения параметров аэк»в, подаваемых на управляющий вхоц

УЛЗ 1, равны нулю, сигнал FI(t) c нулевой задержкой проходит через УЛЗ 1 и поступает на входы линий 5-1 — 5-п задержки и на вход ЛЗ 3.

Фиксированные задержки Т ЛЗ 3 и

ЛЗ 4 выбираются такими, чтобы в ин-, тервале времени Т в каждом из коррелометров (6-1-6-и) произошло построение взаимной корреляционной функции (ВКФ) задержанного соответствующей

ЛЗ 5 первого сигнала с вторыми сигналом, выделение экстрематором 7 ВКФ с наибольшим максимумом и определение параметров а,к,в,соответствующих этому наибольшему максимуму. Каждая из ЛЗ 5-1-5-и со своими фиксированньгми значениями параметров L L задер- . живает поступающий на ее вход первый

l l 37440.ИП61ПИ Заказ 10522/35

Тираж 406 Попписное

Фици@л ППП Патазг!", г.Ужгород, ул.Проектная, 4, сигнал на зависящую от времени по квадратичному закону (с двумя параметрами !el 1, .У 1) задержку п !1! Ж !<) 2

1

С выхода каждой ЛЗ 5 первый вход соответствующего коррелометра 6-1"

6-п поступает первый сигнал F»(t), задержанный на соответствующую sa10 держку 2,",.> (t), т.е. поступает :. сигнал F,; (t)=F t t-(k t+b» t)) (8).

Одновременно с выхода ЛЗ 2 на вторые входы каждого из коррелометров 6 и на вход ЛЗ 4 поступает второй сигнал Р (), задержанный на постоянную задержку Т2 ° В коррелометрах

6-1-6-и прои,зводйтся построение кор» 1 п релограмм R! (с) между сигналом

Р (t) и семейством сигналов Р»„ (t).

2 (! л

Все полученные ВКФ R; (ь) с выходов блоков 6-1-б-п поступают на входы экстрематора 7. Экстрематор 7 вь»деляет из всех ВКФ R. (»,) ту ВКФ !

К (2 ), максимум которой имеет (1 1 наибольшее значение. Вычислительный блок 8 определяет постоянную задержку и соответствующую этому максимуму в выделенной ВКФ и параметры )»„, Ъ„ этой ВКФ, Определенные значения параметров a = c k„ b подаются на управляющии вход УЛЗ 1. Вычислительный блок 8 определяет зависящую от времени задержку сигнала Р (t) отноz сительно Р» (t) в первом приближении 35 и (С) а»+)с t +Ь» t2 Т (9)

На этом заканчивается первый и начинается второй итерационный цикл.

К этому времени с выходов фиксированных ЛЗ 3 и ЛЗ 4 вторично поступают 40 сигнал F» {t) на вход УЛЗ 1 и сигнал

F (t) на вторые входы блоков б-l-б-п.

Так как на управляющий вход УЛЗ теперь подаются определенные в первом цикле значения параметров а1, 45 Ь», с выхода УЛЗ l .поступает новый сигнал Р „ (t), определяемый выражени«2 ем (2), полученный в результате задержки первого сигнала F<(t) на задержку, определяемую выражением (!).

Из всех квадратичных временных задержек эта задержка ь > (й) максимально скомпенсирует исходное, зависящее от времени смещение сигнала .F»(t) относительно Р (t). Новый сигнал F (t) с выхода УЛЗ 1 поступает йа вход ЛЗ 3 и на входы блоков 5-1-5-п.

Дальнейшая работа устройства во втором итерационном цикле протекает аналогично работе в первом цикле, с той разницей, что обрабатываются сигналы Р „ (t) и F2 (t), а не Р„ (t) и F<(t) К моменту завершения второ.го цикла экстрематор 7 вццеляет ВКФ с наибольшим максимумом из множества

ВКФ R (c) сигнала Р2(й) с семейством сигналов,(8). Вычислительный блок 8 определяет параметры k>, Ьч этой ВКФ и постоянную задержку соответствующую максимуму в выделенной ВКФ. Вычислительный блок 8 сравнивает величину наибольшего максимума, полученного во втором цикле, с величиной наибольшего максимума, полученного в предыдущем первом цикле. Если величина вновь полученного наибольшего максимума с заданной точностью не превышает величину наибольшего максимума, полученного в предь»дущем итерационном цикле, устройство прекращает работу. В противном случае определенные во втором цикле значения параметров а = c, К2, Ь2 подаются на управляющий вход УЛЗ 1. Вычислительный блок

8 вычисляет временную задержку сигнала Р () относительно F»(t) во втором йриближении (9), (10) и начинается третий итерационный цикл и т.д.

Так будет продолжаться до тех пор, пока в каком-то P --м цикле вычислительный блок 8 не установит, что наибольший максимум ВКФ К „ (»,), полученных в Р --м цикле, с .заданной точностью не превьш»ает наибольшего максимума ВКФ R(1 (2), полученных в

;предыдущем (P-1)-м цикле. На этом устройство прекращает работу, с выхода вычислительного блока,8 получают; временную задержку ьp (г) сигнала

Р (й) относительно сигнала F»(t)

Предлагаемый способ позволяет обеспечить с высокой точностью измерения задержек, изменяющихся во времени по любому, заранее неизвестному закону.