Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов

 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для обнаружения в реальном масштабе времени эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частоты. Цель изобретения - повышение достоверности распознавания эхо-сигналов. Коррелятор содержит преобразователи аналог-код 1, 4, элементы задержки 2, 9, преобразователь код-аналог 3, блок 5 преобразования Фурье, ключ 6, блок синхронизации 7, блок 8 формирования экспоненциальной последовательности, генератор импульсов 10, блоки памяти 11, 12, N блоков 13 вычисления корреляционных коэффициентов, N компараторов 14, регистр памяти 15, элемент ИЛИ 16. Повышение достоверности распознавания эхо-сигналов достигается путем использования информации о комплексной структуре спектров эхои зондирующего сигналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„ЯО„, 1481795 A 1 (gg 4 G 06 F 15/336

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

Н A ВТОРСКОМЪ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 времени эхо-сигналов, имеющих доппле ровское смещение частоты. Цель изобретения — повышение достоверности распознавания эхо-сигналов. Коррелятор содержит преобразователи аналог — код 1,4, элементы задержки 2,9, преобразователь код — аналог 3, блок

5 преобразования Фурье, ключ б,блок синхронизации 7, блок 8 формирования экспоненциальной последовательности, генератор импульсов 10, блоки памяти

11, 12, N блоков !3 вычисления корреляционных коэффициентов, К компа- раторов 14, регистр памяти 15 элемент ИЛИ 16. Повышение достоверности распознавания эхо-сигналов достигается путем использования информации о комплексной структуре спектров эхои зондирующего сигналов. 1 э.п.ф-лы, 2 ил. (21 ) 4 280365/24-24 (22) 13.07.87 (46) 23.05.89. Бюл. N 19 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.В. Латышев, N.К. Ручьев и В.Я. Селин (53) 681.3 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 879595, кл. G 06 F 15/336, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1107135, кл. С 06 F 15/336, 1983.

Авторское свидетельство СССР

У 1418748, кл. С 06 F 15/336, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для обнаружения в реальном масштабе

4 в

С©

Сн

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "",. -.-,.„. ;"". ." з

148

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для обнаружения в реальном масштабе времени эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частоты.

Цель изобретения — повышение достоверности распознавания эхо-сигналов.

На фиг.1 изображена структурная схема цифрового коррелятора для обнаружения эхо-.сигналов, на фиг. 2 структурная схема блока. вычисления корреляционных коэффициентов.

Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов (фиг.1) содержит первый преобразователь 1 аналог — код, первый элемент 2 задержки, преобразователь 3 код — аналог, второй преобразователь 4 аналог — код, блок 5 преобразования Фурье, ключ б, блок 7 синхронизации, блок 8 формирования экспоненциальной последовательности,,второй элемент 9 задержки, генератор

10 импульсов, первый 11 и второй 12 блоки памяти, И блоков 13 вычисления корреляционных коэффициентов, N компараторов 14, регистр 15 памяти, элемент ИЛИ 16.

Блок вычисления корреляционных коэффициентов (фиг. 2) содержит с первого по шестой перемножители 17-22, первый 23 и второй 24 элементы вычитания, сумматор 25, первый 26 и второй 27 элементы памяти, первый 28 и второй 29 элементы задержки, накапливающий сумматор 30.

Коррелятор работает следующим образом.

В случае обнаружения отраженного эхо-сигнала в момент излучения зондирующего импульса s(t) на вход запуска блока 7 синхронизации поступает запускающий импульс. С этого мо-. мента на вход преобразователя 1 аналог — код начинает поступать входной сигнал x(t).Преобразователь 1 аналог — код в моменты поступления импульсов с второго выхода блока 7 формирует выборочные значения входного сигнала x(t,). Очередное выбо рочное значение с выхода преобразователя 1 аналог-код поступает на вход элемента 2 задержки через интервалы времени Т. Это значение в процессе перемещения по регистру задерживается на время (К-1) Т и через.нормально замкнутый ключ 6 вновь поступает на вход элемента задержки. В

1 795

55 результате через некоторое время элемент 2 задержки будет заполнен пос-ледовательностью из К-1 выборочных значений сигнала. В дальнейшем, после каждой циркуляции этих (К-1) значений с периодом (К-1)Т, через интервал Т появляется импульс на втором выходе блока 7 синхронизации, размыкает ключ 6, запрещая подачу на вход элемента 2.задержки первого из хранимых импульсов, вместо него с выхода преобразователя 1 поступает очередное выборочное значение, Таким образом, обеспечивается скользящая дискретизация входного сигнала и сжатие временного масштаба в К раэ.

Объем К формируемой выборки выбирается таким образом, чтобы часть отсчетных значений,. а именно К-К,р, могла содержать эхо-сигнал максимальной возможной длительности

Т, = (К-К ) КТ, где (К-1)Т = Tne y время, требуемое на вычисление преобразования Фурье обрабатываемого сигнала без учета одного такта. При этом длительность каждой сжатой копии эхо-сигнала равна (Кр — 1) Т.

Указанные соотношения необходимы для того, чтобы между моментом окончания предыдущей и моментом начала следующей копии эхо-сигнала оставался промежуток времени (Кф-1) Т, достаточный для вычисления преобразования Фурье экспоненциальной выборки очередной копии эхо-сигнала.

С выхода элемента 2 задержки выборочные значения поступают на вход преобразователя 3 код - аналог, который производит преобразование дискретной последовательности в аналоговый сигнал (сжатие копии входного сигнала). Причем каждая последующая копия отличается от предыдущей за счет обновления записанной последовательности на одно выборочное значение.

Эти копии. эхо-сигналов поступают на информационный вход второго преобразователя 4 аналог — код, который должен обеспечить новую дискретизацию, с неравномерным шагом дискретизации, изменяющимся по экспонен" циальному закону. Для этого на его вход управления подается экспоненциальная тактирующая последователь.ность с блока 8, формирующего эту последовательность длительностью Тс, Запуск этого блока осуществляется

148f 795

10 периодиче< ки импульсами с второго выхода блока 7 синхронизации.

Формируемая на выходе второго преобразователя 4 аналог — код экспоненциальная выборка последовательно записывается во входной регистр блока

5 преобразования Фурье. Задержанный на время Т в элементе 9 задержки выходной импульс блока 7 синхронизации запускает процессор блока 5 преобразования Фурье и спустя период времени Т, в выходных регистрах блока 5 преобразования Фурье оказываются сформированными две последовательности из M+f чисел — действительные а" и мнимые b> части дискрет3 ного спектра Фурье экспоненциальной выборки. По отношению к исходному сигналу x(t) эти последовательности одновременно представляют собой комплексный спектр Меллина входного сигнала x(t). Обозначим его М Йд1) =

= а + ib> где CD — значения часто ! ! спектра Меллина, для которых вычислены значения a f, b (j = 0 1,...,M) .

Аналогичный спектр Меллина

М,,(са ) = с,. + id> зондирующего сигJ нала s(t) может быть вычислен заранее. Значения с записываются в блок 11 памяти, а d> — в блок 12.

Корреляционная функция сигналов

s(t) и x(t) по Меллину может быть вычислена через спектры Меллина этих сигналов с помощью формулы рЖ=(и„(и) м,<ы)я Наз, () . о где Р = 1п t.

Особенностью (t) является то,что максимальное значение „. „, не зависит от масштабов сигналов, но положвние этого максимума вдоль оси Г смещается. Если x(t)=s(t), то максимум в точке = 1. Если х(с.)=з(ЯС), где

Я вЂ” - масштабный коэффициент, то максимум оказывается в точке Ф.= 1+1пЯ.

В связи с этим в устройстве в блоках

13 вычисления корреляционных коэффициенгов предусмотрено вычисление

)(c) для N различных +c с небольшим шагом в пределах области 1+1пЯщ„„,... ...,1-1пЯмдк...

Из-за дискретного представления спектров Меллина для частот с4,...,М интеграл (1) с точностью до коэффициента 4ь заменяется суммой н

P(C ) = 1 MÄ(;) М (с)1fe

i-"0 где К= 1,...,N, 15

Кроме того, как показывает анализ свойств функций М „(ы ) и Ms(), $ (6g) — чисто действительная функция, 1 поэтому после подстановки выражений

М„(с ) и М (са ) в виде сумм действительных и мнимых частей окончательно получаем, что для обнаружения сигнала з(ЯС), замешанного в x(t) с шумами, следует вычислять м

P Cc ) =Г (а, с; — Ъ| d ) созсд ск— (с1. а + b> с ) зыи1сс л . (2) По импульсу с второго выхода блока

7 синхронизации (пока осуществляется накопление во входном регистре блока 5 преобразования Фурье очередной экспоненциальной выборки) запус-, кается генератор 1О импульсов, который своими импульсами осуществляет синхронное считывание значений а, Ь, с, d из выходных регистров блока 5 йреобразования Фурье и из блоков 11 и 12 памяти. Считанные значения подаются на четыре информационных входа всех блоков 13 вычисления корреляционных коэффициентов. Каждый блок вычисляет (2) для своего значения с„. Величины созе i» заносятся заранее в элемент 2б памяти (фиг.2), а sine. — в элемент 27. Перед началом вычислений все накапливающие сумматоры 30 обнуляются по сигналу с выхода элемента 9 задержки. Считывание данных из элементов 26 и 27 памяти, осуществляется управляющими импульсами с выхода генератора 10 импульсов, задержанными в элементе 28 задержки на время срабатывания перемножителей 1.7-20, сумматора 25 и элемента 23 вычитания. Указанные. элементы формируют величины в круглых скобках формулы (2) . После умножения их на cos са- „и sin(d„Г в перемножителях 21 и 22 и вьяитания в элементе 24 они подаются в накапливающий сумматор 30. Сигнал на разрешение очередного сложения подается на вход синхронизации накапливающего сумматора 30 через элемент 29 задержки, учитывающий запаздывание появления сигналов на выходах элементов 21, 22 и 24.

После накопления выходной сигнал накапливающего сумматора 30 каждого блока 13 вычисления корреляционных коэффициентов сравнивается в компараторах 14 с уровнем порогового на7 1481 79 о пряжения, который занесен в регистр

15 памяти. В случае превышения порогового уровня в каком-либо компараторе на выходе элемента ИЛИ 16 по5 является сигнал, информирующий об обнаружении отраженного эхо-сигнала.

Величина порогового уровня либо определяется экспериментально, либо рассчитывается по какому-либо из известных критериев обнаружения, например, максимального правдоподобия.

1. Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов, содержащий два преобразователя аналог — код, блок синхронизации, блок формирования экспоненциальной последовательности, ключ, два элемента задержки, преобразователь код — аналог и блок преобразования Фурье, причем информационный вход первого преобразователя аналог — код является входом эхо-сиг- 25 нала коррелятора, а выход через монтажное ИЛИ подключен к информационному входу первого элемента задержки, вход синхронизации которого соединен с первым выходом блока синхрониза- Зр ции, выход первого элемента задержки подключен к информационному входу ключа и через преобразователь коданалог к информационному входу второго преобразователя аналог — код,выход которого соединен с информационным

35 входом блока преобразования Фурье, второй выход блока синхронизации соединен с входами синхронизации первого преобразователя аналог — код и второ40

ro элемента задержки, через блок формирования экспоненциальной последовательности с входом синхронизации второго преобразователя аналог — код, с управляющим входом ключа, выход которого через монтажное ИЛИ подключен к информационному входу первого элемента задержки, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения достоверности разпознавания эхо-сигналов, в него введены генератор импульсов, два блока памяти, N блоков вычисления корреляционных коэффициентов (N — количество разрешаемых ординат корреляционной функции), N компараторов, регистр памяти и элемент ИЛИ, причем второй выход блока синхронизации подключен к входу запуска генератора импульсов, выход

Формула изобретения.

15 которого соединен с входами считывания первого и второго блоков памяти и с входами синхронизации блока преобразования Фурье и блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход второго элемента задержки подключен к входам сброса блоков вычисления корреляционных коэффициентов и входу запуска блока преобразования

Фурье, выход операнда действительной части которого подключен к первым информационным входам блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход операнда мнимой части блока преобразования Фурье соединен с вторыми информационными входами блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход первого блока памяти соединен с третьими информационными входами блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выход второго блока памяти соединен с четвертыми информационными входами блоков вычисления корреляционных коэффициентов, выходы которых подключены соответственно к первым информацион- ным входам компараторов, вторые информационные входы которых соединены с выходом регистра памяти, выходы компараторов подключены соответственно к входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом коррелятора, а вход запуска блока синхронизации является входом запуска коррелятора.

2. Коррелятор по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что блок вычисления корреляционных коэффициентов содержит шесть перемножителей, два элемента вычитания, два элемента задержки, два элемента памяти, сумматор и накапливающий сумматор, причем объединенные первые информационные входы первого и второго перемножителей являются первым информационным входом блока, объединенные первые информационные входы третьего и четвертого перемножителей являются вторым информационным входом блока,объединенные вторые информационные входы ,второго и третьего перемножителей являются третьим информационным входом блока, объединенные вторые ин формационные входы первого и третье- го перемножителей являются четвертым информационным входом блока, выход первого перемножителя подключен к входу уменьшаемого первого элемента вычитания, вход вычитаемого которого й

„Синх.

Составитель Н. Хуртин

Редактор В. Данко Техред М.Ходанич Корректор В. Гирняк

Заказ 2692/51 Тираж 669 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

9 148179 соединен с выходом третьего перемножителя, а выход подключен к первому входу пятого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом пер5 вого элемента памяти, выход пятого перемножителя подключен к входу уменьшаемого второго элемента вычитания, выход которого соединен,с информационным входом накапливающего сумматора, вход сброса которого является входом сброса блока, а выход является выходом блока, выход второ\ го перемножителя соединен с первым входом сумматора, второй вход .которо- 16

5 I0 го подключен к выходу четвертого перемножителя, выход сумматора соединен с первым входом шестого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом элемента памяти, а выход подключен к входу вычитаемого второго блока вычитания, входом синхронизации блока является вход первого элемента задержки, выход которого соеди" нен с входами считывания первого и второго элементов памяти и через вто-. рой элемент задержки соединен с входом синхронизации накапливающего сумматора.