Дискретный согласованный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьшение точности фильтрации. Фильтр содержит два блока прямого дискретного преобразования Фурье (БПДПФ), 2N квадраторов , 2N элементов задержки, 2N бинарных квантователей, 2N умножителей действительных чисел,2N переключателей , N умножителей комплексных чисел, блок обратного дискретногопреобразования Фурье, 2 блоков вычисления модуля числа, сумматор, пороговый элемент и расширитель импульсов . Один из БПДПФ определяет действительную и мнимую составляющие спектрального коэф. входного сигнала . Другой БПДПФ вычисляет действительную и мнимую составляющие спектральных коэф. импульсной х-ки фильтра . Путем суммирования определяется энергия наблюдаемой выборки входного воздействия, которая сравнивается с заданным пороговым напряжением. При отсутствии мощного прсщесса, возникающего из-за воздействия сильного мешающего сигнала, фильтр вычисляет функцию взаимной корреляции входного воздействия и опорного сигнала , вьщеляя сигнал на фоне шума. При обнаружении мощного процесса фильтр переходит на другой режим, переставая работать как линейный дискретный согласованный фильтр, 1 ил. (Л оо со сл 4 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (д1) 4 Н 03 Н 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3996020/24-09 (22) 27.12.85 (46) 07.10.87. Бюл. й- 37 (71) Рязанский радиотехнический институт (72) В.В.Авдеев (53) 621.372.544(088.8) (56) Варакин Л.Е. Системы связи с ширмоподобными сигналами. - N.:

Радио и связь 1985, с. 364.

Авторское свидетельство СССР й- 1169147, кл. Н 03 H 17/00, 1985. (54) ДИСКРЕТНЫЙ СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике и обеспечивает повьппение точности фильтрации. Фильтр содержит два блока прямого дискретного преобразования Фурье (БПДПФ), 2N квадраторов, 2N элементов задержки, 2N бинарных квантователей, 2N умножителей действительных чисел,--2N переключателей, N умножителей комплексных чисел, блок обратного дискретногопреобразования Фурье, 211 блоков вычисления модуля числа, сумматор, пороговый элемент и расширитель импульсов. Один из БПДПФ определяет действительную и мнимую составляющие спектрального коэф. входного сигнала. Другой БПДПФ вычисляет действительную и мнимую составляющие спектральных коэф. импульсной х-ки фильтра. Путем суммирования определяется энергия наблюдаемой выборки входного воздействия, которая сравнивается с заданным пороговым напряжением.

При отсутствии мощного процесса, возникающего из-за воздействия сильного мешающего сигнала, фильтр вычисляет функцию взаимной корреляции входного воздействия и опорного сигнала, выделяя сигнал на фоне шума.

При обнаружении мощного процесса фильтр переходит на другой режим, переставая работать как линейный дискретный согласованный фильтр. 1 ил

1 134

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для фильтрации сигналов, задаваемых цифровым кодом, Цель изобретения — повьппение точности фильтрации.

На чертеже представлена структурная электрическая схема дискретного согласованного фильтра.

Дискретный согласованный фильтр содержит первый блок 1 прямого дискретного преобразования Фурье (ПДПФ), 2N квадраторов (2-1)-(2-2N), 2N элементов (3-1)-(3-2N) задержки, ?N ,бинарных квантователей (4-1)-{4-2Щ

2N умножителей (5-1)-(5-2N) дейст-. вительных чисел, 2N переключателей (б-l)-(6-2N), N умножителей (7-1 1-.

1 (7-И) комплексных чисел, блок 8 обратного дискретного преобразования

Фурье (ОДПФ), второй блок 9 ПДПФ, 2N блоков (10-1)-{10-2N) вычисления модуля числа, сумматор 11, пороговый элемент 12, расширитель 13 импульсов.

3548 2 (К) . В{1,) 1, если В(К), 0; .

Второй блок 9 ПДПФ, выполняемый > аналогично первому блоку 1, вычисляет спектральные коэффициенты импульсной характеристики (дискретную передаточную функцию) фильтра в соответствии с выражением

H(K)=C(K)+jD(K)= g(n) е где K=O,l..., N-1

15 ф Я 4 ° °

g(n) — отсчеты импульсной характеристики фильтра;

С(К),D(K) — действительная и мнимая составляющие спектральных коэффициентов импульсной характеристики фильтра.

Блоки (10-1)-(10-2N) вычисляют модули действительных и мнимых компонентов спектральных коэффициентов

25 импульсной характеристики в соответствии с выражениями

Дискретный согласованный фильтр работает следующим образом.

Выборки f x(n)j входного сигнала объемом N поступают на первый блок

1 ПДПФ, осуществляющий прямое дискретное преобразование Фурье в соответствии с выражением

N-1

Х(К) =А(К)+ДВ(К) =,0 х(п) е п О где K=O 1 N-1;

А(К), В(К) — действительная и мнимая составляющие спектрального коэффициента входного сигнала X(K), поступающие на входы с соответствующих 2N квадраторов (2-1)(2-211 ) и 2N элеме:нтов (3-1)-(3-2N) задержки.

Задержанные в элементах (3-1)(3-2N) задержки на время t1„„ составляющие A(K) и В{К) поступают на входы соответствующих 2N блоков (4-1)-(4-2N) бинарного квантования сигнала. Квантование производится по правилу

1, если A(K) Ъ 0;

А (K)=signA(K)= 1, Л(К) (О.

Умножители (5-l)-(5-2N) действи i тельных чисел выполняют операцию умножения дейст1зительных чисел в соответствии с формулами

П(К)=Ад(К) P(K):, T(K)=13 (K)"F(K).

Возведенные в квадрат значения составляющих А(К) и В(К) с выходов

2И квадраторо з (2-1) †(2-2N) суьмиру40 ются в сумматоре 11. Полученная сумN-1 ма S= (А (К)+В (K)) численно равк=о на энергии наблюдаемой выборки вход45 ного воздеиствия. В пороговом элементе 12 происходит сравнение суммы S с заданным пороговым напряжением.

Величина порогового напряжения устанавливается такой, что Во всем диапаВ0 зоне изменения уровня полезного сигнала срабатывание порогового элемента не происходит, а при частичном наложении на полезный сигнал сильного мешающего сигнала фиксируется обнаружение мощного процесса i $ > U, ppp ) .

Под сильным понимается сигнал., маскирующий слабый полезный сигнал в линейном дискретном согласованном фильтре. Величина „р определяется ви3 134 дом сигнала и его базой (длительностью) N.

При обнаружении мощного процесса на выходе порогового элемента образуется короткий импульс, который преобразуется в расширителе 13 импульсов в прямоугольный импульс, длительность которого удовлетворяет условию ,л,Т

3<А где Т вЂ” интервал дискретизации входного сигнала.

При поступлении этого импульса на управляющие входы 2N переключателей (6-1)-(6-2N) происходит подключение к каждой паре входов умножителей (7-1)-(7-N) комплексных чисел выходов соответствующих умножителей (5-1)-(5-2N) действительных чисел, При отсутствии импульса с выхода расширителя импульсов (S aUno ) в каждой паре входов умножителя комплексных сигналов подключаются выходы соответствующих 2N элементов (3-1)(3-2N),задержки, и фильтр работает как линейный дискретный согласованный фильтр.

Умножители (7-1)-(7-N).êîìïëåêñных чисел вычисляют спектральные ко,эффициенты выходного сигнала фильтра

y{К)= L{ к1+1R(К), где L(K) H(K) — действительная и мнимая составляющие у(к).

При обнаружении мощного процесса на входе фильтра (S3 U> p )

У(К)=(П(К)+)Т(К)(C(K)+jD(K))=

=(signA(K) ° С(К) +jsignB(K)X

y(D(K)j ) (C(K)+jD(K) ) ..

При отсутствии мощного процесса на входе фильтра (S U „, )

У(К) =(A(K)+jB(K) ) (С(К)+10(К) ) °

Блок 8 ОДПФ вычисляет выходной сигнал дискретного согласованного фильтра на основе соотношения

3548

Пусть на вход первого блока 1 поступает одиночный сигнал {х(пЦ, совпадающий по форме с опорным сигналом I х „(n)I, т.е. х(п)=а х,„(п).

При этом

Учитывая, что при согласованной фильтрации спектр импульсной характеристики Н(К) комплексно сопряжен

X0 (K) следнее соотношение приводится к виду

У(К)=а(А„(К)+ В,„(К))(А,„(К)-,)В„(К) ) =а(А,„(К)+В, „(К) ) .

Тогда

У(п)=аК,„(п) где К „(n) — отсчеты автокорреляционной функции опорного сигнала.

Следовательно, в указанной ситуации фильтр работает как линейный дискретный согласованный фильтр.

35 При воздействии на вход фильтра аддитивной смеси сигнала и некоррелированного гауссовского шума, удовлетворяющей прежнему условию (S <

ПОР

40 фильтр вычисляет функцию взаимной корреляции входного воздействия и опорного сигнала и обеспечивает оптимальное выделение сигнала на фоне .шума при его использовании в устрой45 стве обнаружения, т.е. обеспечивает минимальный пороговый сигнал при заданных характеристиках обнаружения.

X(K)=a ° X,„(K)

16 где Xon(Ê)=Aors(K)+jВм(К); Л(К)=ЕЛА(К) ъ

В(К)=аВ,„(К) °

Если сигнал 1х()1 не является мощным процессом (Я (15, ), то

Y(K)=a(A„(K)+jB,„(K))(C(K)+jD(K))j

N-1.

У()= — + У(К) " " "

K=o

Постоянная задержка отклика фильтра У(п) на величину t, вызванная наличием элементов (3-1)-(3-2N). задержки, является систематической ошибкой измерения времени прихода сигнала и может быть легко учтена при дальнейшей обработке.

Формула изобретения

Дискретный согласованный фильтр, содержащий первый блок прямого дискретного преобразования Фурье, вход которого является сигнальным входом

55 дискретного согласованного фильтра, 2N блоков бинарного квантования, вы ходы которых соединены с первыми входами 2N соответствующих умножителей действительных чисел, второй блок

3548

Составитель Э,Борисов

Редактор И.Горная Техред >,Дидык Корректор А. Тяско

Тираж 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 483Ь/56

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

5 134 прямого дискретного преобразования

Фурье, вход которого является входом отсчетов импульсной характеристики дискретного согласованного фильтра, И умножителей комплексных чисел„ первый и второй входы каждого из которых соединены с соответствующими выходами второго блока прямого дискретного преобразования Фурье, блок обратного дискретного преобразования

Фурье, выход которого является выходом дискретного согласованного фильтра, а 2N входов соединены с выходами соответствующих умножителей комплексных чисел, 2N блоков вычисления модуля числа, включенных между соответствующими выходами второго блока прямого дискретного преобразования

Фурье и вторыми входами соответствующих умножителей действительных чисел, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фильтрации, введены 2N элементов задержки, включенных между соответствующими выходами первого блок", прямого дискретного преобразования Фурье и входами соответствующих блоков бинарного квантования, 2N пере5 ключателей, первые информационные входы которых соединены с выходами соответствующих элементов задержки, вторые информационные входы соединены с выходами соответствующих умножителей действительных чисел, а

HbIxop6I 2i-го и (2 -1)-го переключателей, где i=1 2,,...,N соединены с третьим и четвертым входами соответствующего из N умножителей комплексных чисел, ?N квадраторов, входы которых подключены к соответствующим

2N выходам первого блока прямого дискретного преобразования Фурье, а так20 же последовательно соединенные сумматор, 2N входов которого соединены с выходами ?N квадраторов, пороговый элемент и расширитель импульсов,выход которого соединен с управляющими входами 2N переключателей.