Интерферометрическая система приема и цифровой обработки сигналов

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(gi) G 08 С 19/28

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1) 3564330/24-24 (22) 24.01.83 (46) 23.02,85. Бюл. и 7 (72) Е.Ф.Королев (53) 621.398(088.8) (56) 1. Известия вузов. "Радиофизика", 1971, т. Х1У, И- 9.

2. Успехи физических наук, 1973, т. 109, вып. 3.

3. Успехи физических наук, 1970, т. 101, вып. 3.

4. ТИИЭР, 1973, вып. 61, Л"- 9, с. 94-103 (прототип).

5. Королев Е.Ф. Техника кино и телевидения, 1977, 11- 7, с. 60-66.

6. Карцев М.А. Арифметика цифровых машин. М., "Наука", 1969, с. 346-348.

7. Авторское свидетельство СССР й"- 474761, кл. С 01 R 23/ 18, G 01 В 5/46, 1975. (54) (57> 1. ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКАЯ СИС,ТЕМА ПРИЕМА И ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГ;НАЛОВ,содержащая на каждом пункте приема сигналов антенну, подключен,ную к первому входу приемника, выход которого соединен с первым входом преобразователя частоты, выход которого подключен к первому входу блока памяти, антенну приема сигналов единого времени, соединенную с первым входом блока синхронизации, первый выход которого через таймер подключен к второму входу блока памяти, второй выход блока синхронизации соединен с первым входом блока коммутации, квантовый генератор, выходы кото рого соответственно подключены к вторым входам приемника, преобразователя частоты, блока коммутации, блока синхронизации и к третьему вхо„„SU„„11414 4 А ду блока памяти, к четвертому входу которого подключен выход блока коммутации, выход блока памяти через линию связи подключен на пункте обработки сигналов к первому входу соответствующего блока памяти, вто- рой вход которого подключен к соответствующему первому выходу вычислительного блока, о т л и ч а ю щ а лс я тем, что, с целью повьппения достоверности приема слабых сигналов путем повышения чувствительности и разрешающей способности системы, в нее введены на пункте обработки сигналов в каждом информационном такте адаптивный оптимальный корректор, первый и второй квантователи сигналов, первый и второй дискретизаторы сигналов, выход блока памяти соеди- С» нен с первым входом адаптивного оптимального корректора и через после дювательно соединенные первый кванм4. ватель сигналов и первый дискретизацией тор сигналов подключен к соответствующему первому входу вычислительно- 4 го блока, выход адаптивного оптималь- ного корректора через последовательно соединенные второй квантователь сигналов и второй дискретизатор сигналов подключен к соответствующему второму входу вычислительного блока, второй выход которого соединен с вторым входом адаптивного оптимального корректора.

2 ° Интерферометрическая система по п. 1, отличающаяся. тем, что вычислительный блок содержит переключатель, блок памяти и "регистр сдвига для каждого информационного тракта, а также блок коммутации, блок переключения регистров, перемножи114 тель, дополнительйый» блок памяти, де° тектор максимума, первый», второй и третий логарифмические преобразователи, задатчик констант, сумматор, блок деления, вычислитель антилогарифма и ц» фроаналоговьп» преобразователь, первые выходы блока коммутации являются первыми выходами вычислительного блока, первые и вторые входы

-переключателей являются соответственно первыми и вторыми входами вычислительного блока, выход каждого переключателя соединен с первым входом соответствующего блока памяти, выход которого подключен к первому входу регистра сдвига, третий выход блока коммутации соединен с первым входом блока переключения регистров, первые выходы которого подключены к вторым входам регистров сдвига, выходы которых соединены с соответствующими первыми, входами перемножителя, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока коммутации, пятые выходы которого соединены с третьими входами переключателей, выход перемножителя подключен к первому входу дополнительного блока памяти, второй вход которого соединен с шестым выходом блока коммутации, выход дополнительного блока памяти подключен к входу. детектора максимума, первый выход которого соединен с третьим входом дополнительного блока памяти, второй

1434 выход детектора максимума соединен . с первым выходом задатчика констант и с входом первого логарифмического преобразователя, выход которого подключен к первому входу сумматора, седьмой выход блока коммутации соединен с входом задатчика констант, второй и третий выходы которого через второй и третий логарифмические преобразователи подключены соответственно к второму и третьему входам сумматора, выход которого через последовательно соединенные блок деле-. ния и вычислитель антилогарифма подключен к входу цифроаналогового .преобразователя, выход которого является-вторым выходом вычислительного блока.

3. Интерферометрическая система по п. 1, отличающаяся тем, что адаптивный оптимальный корректор выполнен на усилителе, параллельно входу которого подключены первый управляемый конденсатор, второй конденсатор и цепочка последовательно соединенных третьего конденсатора, дросселя и первого резистора, выводы которого являются первым входом адаптивного оптимального корректора, второй вход которого через второй резистор соединен с входом усилителя, при этом выход усилителя является выходом адаптив»»»»го оптимального корректора.

Изобретение относится к применению вычислительной техники в радиоастрономии и может использоваться для:исследования различных источников космического радиоизлучения, та- 5 ких как планет, звезд, радиогалактик, квазаров, пульсаров и др.

Известна система приема и обработки интерференционных сигналов радиоинтерферометра, в которой для регистрации сигналов применены маг. нитофоны МУЗ-25 с полосой записываемых частот 10-100 кГц. Обработка сигналов в этой системе производится на

ЭЦВМ БЭСМ-4. При этом считанные с

МУЗ-25 сигналы преобразуются в циф< ровой код и вводятся в оперативную память машины (1».

Недостаток этой системы заключается в ее значительной узкополосности. Поэтому система обладает низкой чувствительностью и имеет невысокую разрешующую способность.

Известна. система с регистрацией интерференционных сигналов, в которой применяется магнитное устройство. записи ЭВМ с полосою записываемых частот до 320 кГц $2j.

Недостаток этой системы заключается в ее сравнительной узкополосности

Известна также система, в которой применены видеомагнитофоны с полосой частот до 2 МГц. Эта система широкополосна и поэтому обеспечивает более высокую чувствительность и разрешением).

3 11414

Недостаток ее состоит в том, что требуется очень сложное устройство синхронизации лент при воспроизведении записей и их обработке, которая осуществляется с помощью аналогового коррелятора.

Наиболее близким к изобретению является интерферометрическая система приема и цифровой обработки сигналов, содержащая на каждом пункте приема гналов антенну, подключенную к первому входу приемника, выход которого соединен с первым входом преобразователя частоты, выход которого подключен к первому входу блока памяти, антенну приема сигналов единичного времени, соединенную с первым входом блока синхронизации, первый выход которого через таймер подключен к второму входу блока памяти, 20 второй выход блока синхронизации соединен с первым входом блока коммутации, квантовый генератор, выходы которого соответственно подключены к вторым входам приемника, преобразователя частоты, блока коммутации, блока синхронизации и к третьему входу блока памяти, к четвертому входу которого подключен выход блока коммутации, выход блока памяти через линию связи подключен на пункте об30 работки сигналов к первому входу соответствующего блока памяти, второй вход которого подключен к соответствующему первому выходу вычислительного блока (4 3. 35

Недостатком известной системы является ограниченное использование тракта (канала) цифровой магнитной записи блоков памяти (накопителей на основе видеомагнитофонов) по полосе 40 их пропускания, что не позволяет обеспечить предельную чувствительность и разрешающую способность интерферометрической системы и достаточную дос,товерность приема слабых сигналов с помощью этой системы.

Целью изобретения является повышение достоверности приема слабых сигналов путем повышения чувствительности и разрешающей способности ин- о терферометрической системы.

Поставленная цель достигается тем, что в интерферометрическую систему приема и цифровой обработки сигнаЛов M введены на пункте обработки сигналов . в каждом информационном тракте адаптивный оптимальный корректор, пер34 4 вый и второй квантователи сигналов, первый и второй дискретизаторы сигналов, выход блока памяти соединен с первым входом адаптивного оптимального корректора и через последователь- но соединенные первый квантователь сигналов и первый дискретизатор сигналов подключен к соответствующему первому входу вычислительного блока, выход адаптивного оптимального корректора через последовательно соединенные второй квантователь и сигналов и второй.дискретизатор сигнаГ лов подключен к соответствующему второму входу вычислительного блока, вто рой выход которого соединен с вторым входом адаптивного оптимального корректора.

Кроме этого, вычислительный блок содержит переключатель, блок памяти .

-и регистр сдвига для каждого информа ционного тракта„а также блока коммутации, блока переключения регистров, перемножитель, дополнительный блок памяти, детектор максимума, первый, второй и третий логарифмические преобразователи, задатчик констант, сумматор, блок деления, вычислитель антилогарифма и цифроаналоговый преобразователь, первые выходы блока коммутации являются первыми выходами вычислительного блока, первые и вторые входы переключателей являются соответственно первыми и вторыми входами вычислительного блока, выход каждого переключателя соединен с первым входом соответствующего блока памяти, выход которого подключен к перйому входу регистра сдвига, третий выход блока коммутации соединен с первым входом блока переключения регистров, первые выходы которого подключены к вторым входам регистров сдвига, выходы которых соединены с соответствующими первыми входами перемножителя, второй вход которого подключен к четвертому выходу блока коммутации, пятые выходы которого соединены с третьими входами переключателей, выход перемножителя подключен к первому входу дополнительного блока памяти, второй вход которого соединен с шестым выходом блока коммутации, выход дополнительного блока памяти подключен к входу детектора максимума, первый выход которого соединен с третьим входом дополнительного блока памяти, второй выход детектора максимума сое1141434 динен с первьщ выходом задатчика кон стант и с входом первого логарифмического преобразователя, выход которого подключен к первому входу .сумматора, седьмой выход блока коммутации соедичен с входом задатчика констант, второй и третий выходы крторого через второй и третий логарифмические преобразователи подключены соответственно к второму и третьему 10 входам сумматора, выход которого через последовательно соединенные блок деления и вычислитель антилогарифма подключен к входу цифроаналогового преобразователя, выход 15 которого является вторым выходом вычислительного блока.

Адаптивный оптимальный корректор выполнен на усилителе, параллельно входу которого подключены первый уп- 20 равляемый конденсатор, второй конденсатор и цепочка последовательно соединенных третьего конденсатора, дросселя и первого резистора, выводы которого являются первым входом адап-25 тивного оптимального корректора, второй вход которого через второй резистор соединен с входом усилителя. при этом выход усилителя является выходом адаптивного оптимального кор. щ ректора.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемой интерферометрической системы; на фиг. 2 — функциональная схема вычислительного блока; на фиг. 3 — АЧХ некорректированных и корректированных блоков памяти (на основе видеомагнитофонов или накопителей 3BN), а также спектральные характеристики сигнала и шумов, на фиг. 4 — один из вариантов реализации одной секции адаптивного оптимального корректора.

Интерферометрическая система приема и цифровой обработки сигналов, на-4 пример, космического излучения планет звезд, радиогалактик, пульсеров, квазаров и других, содержащая на каждом пункте 1 и 2 приема сигналов антенну

3, подключенную к первому входу приемника 4, выход которого соединен с первым входом преобразователя 5 частоты, выход которого. подключен к пер вому входу блока 6 памяти, антенну

7 приема сигналов единого времени, соединенную с первым входом блока 8 синхронизации, первый выход которого через таймер 9 подключен к второму

1входу блока 6 памяти, второй выход . блока 8 синхронизации соединен с первым входом блока 10 коммутации, квантовый генератор 11, выходы которого соответственно подключены к вторым входам приемника 4, преобразователя 5, блока 10 коммутации, блока 8 синхронизации и к третьему входу блока 6 памяти, к четвертому входу которого подключен выход блока 10 коммутации, выход блока 6 памяти через линию 12 связи подключен на пункте

13. обработки сигналов к первому входу соответствующего блока 14 памяти, второй вход которого подключен к соответствующему первому выходу вычислительного блока 15.

Основное отличие предлагаемой интерферометрической системы состоит в том, что в нее введены на пункте

13 обработки сигналов в каждом информационном тракте адаптивный оптимальный корректор 16, первый 1.7 и второй

18 квантователи сигналов, первый 19 и второй 20 дискретизаторы сигналов, выход блока 14 памяти соединен с первым входом адаптивного оптимального корректора 16 и через последовательно соединенные первый квантователь

17 сигналов и первый дискретизатор

19 сигналов подключен к соответствующему первому входу 2 1 вычислительного блока 15, выход адаптивного оптимального корректора 16 через последовательно соединенные второй квантователь 18 сигналов и второй дискретизатор 20 сигналов подключен к соответствующему второму входу 22 вы нислительного блока 15, второй выход

23 которого соединен с вторым входом 24 адаптивного оптимального корректора 16.

Другая отличительная особенность предложенной интерферометрической системы состоит в том, что вычисли тельный блок 15 (фиг. 2) содержит переключатель 25, блок 26 памяти и регистр 27 сдвига для каждого инфор-. мационного тракта, а также блок 28 коммутации, блок 29 переключения регистров 27, перемножитель с сумматором 30, дополнительный блок 3 1 памяти, детектор 32 максимума, первый 33, второй 34 и третий 35 логарифмические преобразователи, задатчик 36 констант, сумматор 37, блок

38 деления, вычислитель 39 антилогарифма и цифроаналоговый преобразо1141434 ватель 40. Первые выходы 41 блока 28 коммутации являются первыми выходами вычислительного блока 15, первые

2 1 и вторые 22 входы переключателей

25 являются соответственно первыми 5 и вторыми входами вычислительного блока 15, выход каждого переключателя 25 соединен с первым входом соответствующего блока 26 памяти, выход которого подключен к первому входу регистра 27 сдвига, третий выход

42 блока 28 коммутации соединен с первым входом блока 29 переключения регистров 27, первые выходы 43 которого подключены к вторьм входам реги-15 стров 27 сдвига, выходы 44 которых соединены с соответствующими первыми входами перемножителя с сумматором

30, втброй вход 45 которого подключен к четвертому выходу блока 28 20 коммутации, пятые выходы 46 которого соединены с третьими входами переключателей 25, выход перемножителя с сумматором 30 подключен к первому входу дополнительного блока 31 памя М ти, второй вход 47 которого соединен с шестым выходом 47 блока 28 коммутации, выход дополнительного блока

31 памяти подключен к входу детектора

32 максимума, первый выход 48 кото- ЗО рого соединен с третьим рходом дополнительного блока 31 памяти, второй выход детектора 32 максимума соединен с первым выходом задатчика 36 констант и с входом первого логарифмического преобразователя 33, выход которого подключен к первому входу сумматора 37,О седьмой выход 49 блоisa 28 коммутации соединен с входом задатчика 36 констант, второй и тре- 4р тий выходы которого через второй 34 и третий 35 логарифмические преобра зователи подключены соответственно к второму 50 и третьему 51 входам сумматора 37, выход которого через последовательно соединенные блок 38 деления и вычислитель 39 антилогарифма подключен к входу цифроаналогово

"го преобразователя 40, выход 23 коTOPO1"Î ЯВЛЯЕТСЯ ВТОРЫМ ВЫХОДОМ ВЫЧИС !. лительного блока.

Третья отличительная осооенность предлагаемой системы состоит в том, что адаптивный оптимальный корректор

16 (фиг. 3} выполнен на усилителе

52, параллельно входу 53 которого подключены первый управляемый конденсатор 54, второй конденсатор 55 и цепочка последовательно соединенных третьего конденсатора 56, дросселя

57 и первого резистора 58, выводы которого являются первым входом адаптивного оптимального корректора 16> второй вход 24 которого через второй резистор 59 соединен с входом 53 усилителя 52, при этом выход усилителя

52 является выходом адаптивного оптимального корректора 16.

Интерферометрическая система функционирует следующим образом.

На каждом автономном пунктах 1 и

2 приема антенной 3 производится прием сигналов космического излучения, например, от какой-либо планеты, звезды, радиогалактики, пульсара или квазара ° Эти сигналы после преобразования на промежуточную частоту с помощью смесителя в приемнике 4, снабженным АРУ, и подачи сигналов с выхода 60 высокостабильного гетеродина (квантового генератора 11) значительно усиливаются усилителем промежуточной частоты приемника 4. Затем после дополнительного преобразования на видеочастоту в преобразователе 5 частоты при подаче гетеродинного напряжения d выхода 61 квантового генератора 11 записываются (запоминаются) в блоке 6 памяти, который является широкополосным записывающимвоспроизводящим устройством на основе видеомагнитофона или накопителя ЭВИ, скорость движения носителя которого синхронизируется сигналами с выхода 62 квантового генератора 11.

При этом одновременно с записью принимаемых сигналов производится запись синхронизирующих сигналов для задания начала записи и запись кода текущего времени от электронных часов 63 с помощью таймера 9, выполняющего роль устройства ввода кода времени.

Кроме того, с выхода 62 высокостабильного стандарта частоты (квантового генератора 11) производится также запись опорных сигналов, необходимых для восстановления временного масштаба сигналов при воспроизведении записей.

Электронные часы 63 синхронизируются сигналами с выхода 64 квантового генератора 11 и сигналами системы единого времени (СЕВ) с выхода приемника 65, поступающими на вход послед1 141434

10 него с антенны ? приема радио или телевизионных сигналов.

Записанные с помощью блоков 6 памяти (фиг. 1) в пунктах 1 и 2 приема сигналы космического излучения передаются по линиям 12 связи в общий пункт 13 обработки сигналов.

При этом возможны различные способы передачи этих сигналов. Самый простой из них заключается в том, что 10 сигналограммы с записями перевозятся по линиям 12 связи в пункт

13 обработки и устанавливаются в блоки 14 памяти (видеомагнитофоны или накопители ЭВМ) для последующего воспроизведения и обработки сигналов .

Передача записанных блоками .6 сигналов из пунктов 1 и 2 приема может производиться, кроме того, сра- 2О зу после сеанса их приема и накопления по радиолиниям, роль которых в этом случае выполняют линии 12 связи, которые могут быть также линиями

"дальней космической связи (радио или 25 телевизионной) типа "Ор ита", "Экран Горизонт" и др.

Передача сигналов космического иэлу .ения может производиться непосредственно во время сеанса приема и регистрации их, а обработка осуществляться в реальном масштабе времени с незначительной дополнительной временной задержкой, присущей бло6 nGMHTH H связаннои с процесса- 35 .ми записи-воспроизведения информации в этих блоках 6.

Автономные пункты 1 и 2 приема могут располагаться порознь как на

Земле, так и других планетах и косми-4О ческих объектах, орбитальных и межпланетных станциях, искусственных спутниках Земли, Луны и .других планет. При этом интерферометрическая система может содержать любое количество автономных пунктов приема, попарно образуя интерферометры с базами, равньпаи расстояниям между пунктами.

Воспроизводимые в аналоговой фор- о ме блоками 14 памяти (накопителями или видеомагнитофонами) в пункте 13 обработки сигналы подаются на входы

2 1 вычислительного блока 15 через последовательно соединенные первый квантователь 17 и первый дискретизатор 19 сигналов, а также на входы

22 вычислительного блока 15 через последовательно соединенные. адаптивю ные оптимальные корректоры 16 АЧХ трактов (каналов) записи-воспроизве-, дения (ТЗВ) блоков 6 и 14 памяти, второй квантователь 18 сигналов и второй дискретизатор 20 сигналов.

При этом управление режимами работы блоков 14 памяти производится от блока 28 коммутации через линии 66 связи,.

Воспроизводимые некорректированные сигналы с входов 21, а также корректированные с входов 22 в цифровой форме подаются через переключатели

25 (фиг ° 2) на входы блоков 26 памяти, которые представляют собой дополнительные регистры, служащие для накопления и хранения операндов с целью удобства их дальнейшей обработки. Под воздействием коммутирующих сигналов от блока 28 коммутации и блока 29 переключения регистров

27, который является генератором импульсов сдвига, производится выборка укзанных операндов из блоков 26 (буферной) памяти и пересылка их в регистры 27 сдвига. С помощью блока

29 переключения регистров 27 производится относительный сдвиг операндов (массивов чисел), хранящихся в регистрах 27 сдвига, эквивалентный относительному временному сдвигу соответствующих реализаций a(e) и

b(t) сигналов, принятых в зарегистрированных в пунктах 1 и 2 приема.

Причем квантованные и дискретизованные значения, например, сигнала а (4) хранятся в левом регистре 27, а сигнала Ь() — в правом регистре 27.

С помощью перемножителя 30, представляющего собой перемножитель с накапливающим сумматором (не показан) производится перемножение указанных значений сигнала ы(1), хранящихся в ячейках левого регистра 27, на значения сигнала Ь(), хранящихся в ячейках правого регистра 27 и суммирование полученных частичных произве дений (63.

Такие операции перемножения и суммирования осуществляются для каждого единичного относительного сдвига, например, на один двоичный разряд, эквивалентный временному сдвигу равному одному интервалу (шагу) дискретизации сигналов.

При этом каждому такому сдвигу соответствует одно вычисленное в пе11 1141434

12. ремножителе с накапливающим сумматором, выполняющим роль коррелятора, значение взаимной корреляцион- ной функции (ВКФ) сигналов в соответствии с алгоритмом 1. 5 — (t t (t--.) at, о где Т вЂ” длительность реализаций сигналов a (t) и b (t), t0 т — временной сдвиг между ними.

Однако в действительности при оп- ределении ВКФ сигналов а (4) и Ь t) в блоке 30 интегрирования заменяется суммированием в соответствии с приближенным алгоритмом ць р. -.}, 20 гдето (щ4с) — оценка и-й ординаты

ВКФ, a(t;) и

4(t;+ erst) 30

Значения ВКФ сигналов, т.е. числовые значения самой функции и ее аргумента (временной задержки ) могут выводиться также из дополнительного блока 31 памяти на выход

6? вычислительного блока 15, кото - дискретные выборки сигналов o(t) и Ь(t),сдви 25 нутые относительно друг друга на величину временной задержки п д ;

47 — шаг задержки (интервал дискретизации) сигналов, m — количество шаговсдвига во времени сигнала Ъ(Ф) относительно сигнала а(t) получаемого в регистрах сдвига 2?.

Каждое вычисленное укаэанным образом значение КВФ сигналов пересылается из блока 30 в соответствую-. щую ячейку памяти дополнительного блока 31 памяти. С помощью детектора 32 максимума, выполняющего роль экстремального анализатора 7 ), производится выборка максимального значения ВКФ .из дополнительного блока 31 памяти. При этом опрос ячеек памяти дополнительного блока 31 памяти с помощью детектора 32 максимума осуществляется через вход

48, а выход максимальных значений

ВКФ из блока 31 в блок 32 произво" дится через выход дополнительного блока 31 памяти. рый является выкодом интерферометрической системы, для дальнейшей обработки полученных данных с помощью внешней ЭВМ (не показана) с целью получения различной астрометрической и астрофизической информации об источниках сигналов и, в частности, получения их радиокарт. Однако дальнейшее использование полученных данных ВКФ выходит за рамки рассматриваемого технического решения.

Разрешение, с которым по ВКФ сигналов определяется разность показаний часов, обратно пропорционально произведению эффективной ширины полосы записываемых — воспроизводимых сигналов на отношение сигнал/шум.

Для оптимизации этого произведения, а стало быть, и разрешающей способности системы введен адаптивный оптимальный корректор 16, последовательно соединенный с вторым квантователем 18 и дискретизатором 20.

Более подробно действие впервые введенного адаптивного оптимального корректора 16 может быть понято из следующий разъяснений.

Известно, что разрешающая способность радиоинтерферометра как угломерного инструмента определяется как h/В., где Л вЂ” длина волны принимаемого излучения,  — величина базы.

Чувствительность таких систем за1висит от эффективной площади антенн

3, чувствительности приемников 4 точносг

Э

I ти синхронизации автономных пунктов 1 и

2 приема дпя одновременного синхронного накопления сигналов в блоках 6 памяти и от характеристик обрабатывающих эти сигналы устройств (блоков 14 памяти и вычислительного блока 15).

От этих же факторов зависит и реальная разрешающая способность, которая.хуже предельной из-за того, что накопление и обработка сигналов производится не на частоте приема f соответствующей длине волны Э, а на более низкой промежуточной частоте (более длинной волне) и в ограниченной полосе частот, определяемой полосой пропускания блоков 6 и 14 памяти (например, видеомагнитофонов или накопителей ЭВМ) .

Следовательно, из всех элементов

4 тракта приема, регистрации и обработки сигналов самым "узким местом", в интерферометрической системе с точки зрения полосы .пропускания и от14

Усиленные таким образом в резульэ тате коррекции собственные шумы

ТЗВ, мощность которых для указанных полос коррекции определяется площадью фигур оаЬЕ8„или оцЬс )8,нлиоаЪсд суммируются на выходе корректоров 16 с входными шумами по мощности, которая для последних определяется площадью; заключенной между кривыми 71—

73 ..(фиг. 4) и осью частот f

По мере увеличения верхней частоты коррекции 188 ) f a> ) f „происходит возрастание мощности сигнала и входного шума без изменения соотношения между ними, а также нарастает мощность усиленных собственных шумов, что приводит к снижению общего отношения сигнал/шум на выходе корректоров 16.

При сравнительно неглубокой коррекции, добавка мощности собственных шумов незначительна и мало изменяет отношение сигнал/шум на выходе корректоров 16.

Однако дальнейшее повышение-верхней частоты коррекции непрерывно ведет к понижению отношения сигнал/шум на выходе корректоров 16 за счет непрерывного увеличения уровня мощности добавочных собственных шумов ТЗВ.

Таким образом, отношение С/Ш 8 на вх входе коррелятора (входах 21 вычислительного блока 15 при отсутствии коррекции определяется величиной

g. = с вх (f )/6ш в (®) no мере. Увеличения полосы (глубины1коррекции (или верхней частоты коррекцииЕ ) отношение С/Ш на входе коррелято8Х ра (входах 22 вычислительного блока

15) непрерывно уменьшается.

Отношение С/Ш8 ®„на выходе корре.— . лятора (выходе 67 вьгчислительного блока 15) в функции отношения С/Ш „ определяется согласно алгоритму

С/Ш„,„= Й7Т С/Ш «,„ где к — коэффициент пропорциональности равной или меньший единицы в зависимости от конкретной схемы коррелятора.

Из алгоритма (1) видно, что по мере увеличения полосы (глубины) коррекции ДХ сигнала С/Ш8„ непрерывно везрастает из-за малого прироста уровня добавочных собственных шумов

ТЗВ.

По мере дальнейшего увеличения уровня этой мощности дальнейшее уве13 1141434 ношения сигнал/шум, ограничивающими дальнейшее повышение чувствительности и разрешающей способности системы 533 являются тракты (каналы) записи-воспроизведения блоков 6 и 14 памяти. Поэтому введенные средства направлены на улучшение именно этих характеристик блоков 6 и 14 памяти,с целью оптимизации характеристик устройств цифровой корреляционной обра- 10 ботки и, следовательно, всей интерферометрической системы в целом.

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) тракта, например, магнитной записи-воспроизВедения (кривая 68 íà 15 фиг. 4) имеет падающий характер в рабочей области частот (5), что обуславливает ограниченную полосу его пропускания, для расширения которой до оптимального значения и введены on- 20 тимальные корректоры 16. Для реализации наивысшей (оптимальной) чувствительности и разрешающей способности корректоры 16 являются оптимальными. Каким образом обеспечивается 25 их оптимальность будет ясно из дальнейшего.

На фиг. 4 кривыми 69 и 70 схематически изображены (частотные) распределения спектральных плотностей мощности сигнала „() и входного шума Q ш „(К), поступающего совместно с сигналом. При этом для интерферометрических систем обычно5 „()г.

6 „(Х) C. 1.

В процессе магнитной записи блоками 6 памяти (в .пунктах 1 и 2 приема и последующего воспроизведения (в пункте 3) с помощью блоков 14 сигналы совместно с входными шумами под- 4О вергаются значительным частотным искажениям в соответствии с падающей

АЧХ 68 некорректированного тракта записи-воспроизведения (ТЭВ) бло.ков 6 и 14 памяти.

В результате коррекции с помощью блоков 16 распределение спектральной плотности мощности сигналов и входных шумов подобно кривым 71-73 (фиг.

4), которые отличаются друг от друга лишь полосой коррекции равной для каждой из них соответственно .

1 61 Н 2 82 Н 3

Спектральная плотность собственных 55 шумов на каждой частотеб,() ТЗВ (кривая 74) после корректора 16 определяется кривой 75.

1141434

16 л ичение С/Ш, „ замедляется и при какой-то вполне определенной полосе коррекпНи (частоте коррекции k ) это отношение достигает максимального (оптимального) значения. Дальней- 5 шее увеличение полосы коррекции ведет к снижению отношения С/Ш „„изза относительно большого прироста уровня мощности добавочных собственных шумов. 10

Полоса коррекции, при которой наблюдается оптимальное(макснмальное) отношение С/Ш,„ на выходе коррелятора называется оптимальной полосой коррекции, которая определяется со- 15 гласно алгоритму (1) (E } G . (f} G (f}

< ВХ, y CBX ВВХ

G w ex (f } а ce (}

20 где n — - показатель степени кривой 74 (фиг. 4) при аппроксимации ее .епенной функцией вида ш Соб (S) ш соб

При этом спектральные плотности шумоподобного сигналаЬс „(Е) и входного шума G,„„(f), поступающего совместно с сигналом на вход блоков

6 и 14 памяти в первом приближении

30 можно считать независящими от частоты Е в силу сравнительной узкополосности ТЗВ накопителей 6 и 14.

Для достижения наивысшей чувствительности и разрешающей способности предлагаемой интерферометрической системы, которые имеют место только при оптимальной коррекции АЧХ ТЗВ блоков 6 и 14 памяти, в режиме обработки корректированных сигналов, подаваемых на входы 22 вычислитель-о ного блока 15, с выхода 23 цифроаналогового преобразователя 40 вычислительного блока 15 на вторые входы

24 (входы управления) адаптивных оп- 4 тимальных корректоров 16 подается сигнал оптимального управления . Под действием этого управляющего сигнала устанавливается оптимальная полоса коррекции д „, T3B блоков 6 и 14 памяти.

Формирование этого управляющего сигнала осуществляется в вычислительном блоке 15 в соответствии с алгоритмом (2) следующим образом.

Значения глобального максимума

ВКФ сигналов, пропорциональные коэффициенту 4, выбранные из дополнительного блока 31 памяти с помощью детектора 32 максимума пересылаются в последний и нормализуются в нем, а затем подаются на вход первого логарифмического преобразователя 33 для вычисления логарифма по основанию два от (1+с ) .

При этом на вход первого логарифмического преобразователя 33 добавляется единица с первого выхода задатчика 36 констант. Числовые значения логарифма от (1+3) с отрицательным знаком подаются на первый. вход сумматора 37, на второй вход 50 которого подаются с положительным знаком числовые значения логарифма по основанию два от коэффициента с выхода второго логарифмического преобразователя 34, на вход которого, в свою очередь, подаются числовые значения коэффициента 4 с второго выхода задатчика 36 констант.

На третий вход 51 сумматора 37 подаются с отрицательным знаком числовые значения логарифма по основанию два от величины (п-1) с выхода третьего логарифмического преобразователя 35 на вход которого вводятЭ

Ф ся числовые значения коэффициента (n — 1) с третьего выхода задатчика 36 констант.

Просуммированные с указанными знаками значения упомянутых логарифмов после деления на коэффициент л в блоке 38 деления подводятся к вычислителю 39 антилогауифма, на выход которого выдаются цифровые значения оптимальной полосы коррекции ВЕ „

ТЗВ блоков 6 и 14 памяти в соответствии с алгоритмом (2). Таким образом, с помощью логарифмического вычислительного устройства, состоящвя.о из блоков 33-39 вычисляется значение оптимальной полосы коррекции ь|

ТЗВ блоков 6 и 14 памяти согласно алгоритму . о

Яо(Ю- Ь((1-оЦ- Фо((ь-1})

При этом вычисление оптимальной полосы ЬЕ „ осуществляется по данным

ВКФ некорректированных сигналов, т.е. подаваемых на вход 21 вычислительного блока 15, поскольку в этом режиме работы вычислительного блока 15 нормализованное значение глобального максимума ВКФ (коэффициента корреляции) равно 0(, так как без кор17

1141434

18 рекции ТЗВ собственные шумы малы по ; сравнению с входным шумом и влиянием, их можно пренебречь.

В режиме обработки корректированных сигналов, подаваемых на вход 22 вычислительного блока 15 вычисленное значение й1,,с выхода блока 39 в цифровой форме подается на вход блока цифроаналогового преобразователя 40, на выходе 23 которого форми- 10 руется управляющий сигнал вычислиt тельного блока-15, снимаемый с его выхода 23 и подаваемый на вторые входы 24 (управления) адаптивных оптимальных корректоров 16 в виде напря- 15 ения постоянного тока или потенциаа пропорционального величине оптимальной полосы коррекции Df „, . Под воздействием этого управляющего сигнала и осуществляется установка соответствующей полосы коррекции оптимальных корректоров 16. Числовые эна чения коэффициентов М, (n-1) и 1 хранятся в задатчике 36 констант, представляющем собой блок соответствующих регистров, и выдаются под воздействием коммутирующих (управляющих) импульсных сигналов от блока 28 ком— мутации на блок 36, и на блоки 33-35 от блока 36. При этом коэффициент М, ЗО определяющий динамический диапазон (5) блоков 6 и 14 памяти и показатель степени и являются паспортными тех— ническими характеристиками блоков

6 и 14 памяти и .поэтому заранее вводятся в виде чисел в соответствующие регистры эадатчика 36 констант.

Логарифмическое вычислительное устройство, состоящее из блоков 3339 не работает в режиме обработки

40 корректированных сигналов, отключаясь под воздействием соответствующего коммутирующего импульса от блока

28 коммутации, подаваемого на вход

49 задатчика 36 констант, а от него на все остальные блоки 33, 35 и 37-39

Однако в этом режиме управляющий сигнал, выработанный в предыдущем режиме обработ, и некорректированных сигналов, сохраняется на выходе 23 цифроаналогового преобразователя 40

50 до следующего переключения переключателей 25 на обработку некорректированных сигналов.

Таким образом, режимы работы и отключения упомянутого логарифмического вычислительного устройства чередуются с частотой, равной частоте переключения переключателей 25 в зависимости от программы проведения интерферометрического эксперимента.

С помощью адаптивных оптимальных корректоров 16, управляемых сигналами с выхода 23 вычислительного блока 15, обеспечивается оптимальная чувствительность, разерашающая способность и точность системы при изменяющихся в широких пределах параметров сигнала и входного шума, и поэтому интерферометрическая система превращается в оптимальную адаптивную систему сверхвысокой чувствительности, разрешающей способности и точности.

Адаптивный оптимальный корректор

16 принципиальная схема которого дана на фиг. 3, является одним из вариантов его реализации и представляет собой резонансное устройство бестрансформаторного типа. Управление полосой коррекции производится в нем посредством изменения его резонанс,ной частоты путем регулирования (из менения) емкости управляемого кон- 1 денсатора (типа вариконда) 54 (фиг.3) с помощью напряжения постоянного тоisa потенциала), подаваемого на

его обкладки через второй резистор

59 с входа 24 управления адаптивного оптимального корректора 16 или с выхода 24 управляющего сигнала вы- числительного блока 15. Это управляющее напряжение (потенциал) постоянного тока пропорциональное величине оптимальной полосы коррекции ИГО„ вырабатывается на выходе цифроаналогового преобразователя

40 вычислительного блока 15 и подводится к его выходу 23 его (фиг. 1, и 2) и к вторым входам 24 (управления) адаптивных оптимальных корректоров 16.

Введение адаптивного оптимального корректора 16 наряду с последовательно соединенными вторым квантователем

18 и вторым дискретизатором 20 в каждый канал обработки (каждый информационный тракт), а также введение цепи обратной связи оптимального управления полосой коррекции систем тракты записи — воспроизведения блоков 6 и f4 памяти — адаптивные оптимальные корректоры 16 от управляющего вычислительного блока в корреляционной интерферометрической системе обеспечивает достижение максимальной (оптимальной) чувствитель19 11 ности, разрешающей способности и точности предложенной интерферометрической системы и дает существенный экономический з ффект, поскольку позволяет в несколько раз расширить полосу пропускания применяемой срав нительно узкополосной аппаратуры, например, магнитной видеозаписи, которая в этом случае является более простой, надежной и следовательно, экономичной.

Вв еде ние новых ср едс тв, а также перенос части аппаратуры, например, 41434

20 первых квантователей 17 и дискретизаторов 19 сигналов наряду с адаптивными оптимальными корректорами

16 и вторыми квантователями 18 и

5 дискретизаторами 20 сигналов из бортовых пунктов 1 и 2 приема в наземный пункт 3 обработки сигналов позволяют изменить структуру интерферометрической системы в целом, уменьшив при этом веса и габариты бортовых пунктов приема, что также дополнительно является существенным положительным эффектом и дает дополнительный экономический эффект.

i 141434

1141434

Фиг.4 о

Составитель Е.Бакееа

Редактор А.Шандор Техред Т,Дубинчак Корректор H,Ko ä Заказ 499/38 Тираж 611 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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