Цифровой автокоррелятор

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в разнесенных радиолокационных системах для измерения автокорреляционной функции сигналов поставщиков активных помех. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей коррелятора за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала. Для этого в цифровой автокоррелятор , содержащий генератор тактовых импульсов , регистр сдвига, М перемножителей и М накапливающих сумматоров, дополнительно вводятся элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, элемент И, два делителя, блок делителей, блок аналого-цифровых преобразователей , блок элементов И, частотный анализатор и триггер, что позволило определять доплеровскую частоту исследуемого сигнала и этим расширить функциональные возможности коррелятора, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 06 F 15/336

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882612/24 (22) 16,11.90 (46) 23.07.93. Бюл. ¹ 27 (72) Н.К,Бондарь, И.И.Обод, Н.И,Лисаевич и

В,А.Маркитанов (56) Грибанов Ю,Н. Автоматические цифровые корреляторы. — М.: Энергия, 1971, с.150.

Авторское свидетельство СССР

N 1149277, кл. G 06 F 15/336, 1983. (54) ЦИФРОВОЙ АВТОКОРРЕЛЯТОР (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в разнесенных радиолокационных системах для измерения автокорреляционной функции сигналов поставщиков активных помех, Цель изобреИзобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использовано в разнесенных радиолокационных системах для измерения аетокорреляционной функции сигналов постановщиков активных помех.

Цель изобретения — расширение функ циональных возможностей коррелятора путем определения доплеровской частоты исследуемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что е цифровой коррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, выходы которого соединены с соответствующими входами перемножителей, выходы которь:; соединены с входами соответствующих накопительных сумматоров, выходы которых соединены с выходами автокорре„„ Д3„„1829042 А1 тения — расширение функциональных возможностей коррелятора за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала. Для этого в цифровой автокоррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, М перемножителей и М накапливающих сумматоров, дополнительно вводятся элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, элемент И, два делителя, блок делителей, блок аналого-цифровых преобразователей, блок элементов И, частотный анализатор и триггер, что позволило определять доплеровскую частоту исследуемого сигнала и этим расширить функциональные возможности коррелятора, 2 з.п. ф-лы, 2 ил. лятора дополнительно введены блок аналого-цифровых преобразователей. блок эле-, д ментов И, деа элемента ИЛИ, деа делителя, . 0р анализатор, элемент И, блок делителей и триггер, S-вход которого соединен с входом запуска автокоррелятора, с вторым входом второго элемента ИЛИ и с входом обнуления первого и второго делителей, R-вход — 4 с выходом второго делителя, а прямой выход — с вторым входом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход — с счетным входом блока делителей, вход обнуления которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с входом второго делителя с входом записи анализатора и с выходом первого делителя, вход которого соединен с выходом такта блока делителей, выходы

1829042

55 которого соединены с синхровходами анализатора и с синхровходами блока аналогоцифровых преобразователей, вход которого соединен с входом автокоррелятора, а выходы — с первыми входами блока элементов

И и с информационными входами анализатора, управляющие выходы которого соединены с вторыми входами блока элементов И, выходы которого соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, синхровход которого соединен с синхровходом анализатора.

При этом анализатор содержит блок элементор И, устройство определения максимума и . элементов анализа, информационные входы которых соединены с соответствующим информационным входом анализатора, синхровходы — с соответствующим синхровходом анализатора, а выходы — с соответствующими входами устройства определения максимума, выходы которого соединены с управляющими выходами анализатора и с вторыми входами блока элементов И, первые входы которого соединены с синхровходами анализатора, а выход — с синхровыходом анализатора, вход записи которого соединен с входом записи устройства определения максимума.

При этом элемент анализа содержит регистр, N корреляционных блоков и сумматор, выход которого соединен с выходом элемента анализа, а входы — с выходами корреляционных блоков, входы которых соединены с соответствующими выходами регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом элемента анализа, а синхровход — с синхровходом элемента анализа.

При этом необходимо отметить, что только использование всех отличительных признаков позволит достичь положительного эффекта — расширить функциональные возможности предлагаемого автокоррелятора за счет определения доплеровской частоты от известных.

Структурная схема цифрового автокоррелятора приведена на фиг.1.

Структурная схема анализатора приведена на фиг,2, Цифровой автокоррелятор содержит блок аналого-цифровых преобразователей

1. блок элементов И 22. первый 3 и второй

13 элементы ИЛИ, анализатор 4, блок делителей 5, элемент И 6. генератор тактовых импульсов 7. первый 8 и второй 9 дел ител и, регистр сдвига 10, п ерем ножи- тели 11, накопительные сумматоры 12, триггер 14.

Анализатор 4 содержит К элементов анализа 17, устройство определения максимума 18 и блок элементов И 19.

Элемент анализа 17 (фиг.2) содержит регистр 20, корреляционные блоки 21 и сумматор 22, Элементы цифрового автокоррелятора соединены следующим образом.

Вход автокоррелятора 15 соединен с входом блока аналого-цифровых преобразователей 1, а вход запуска 16 — с S-входом триггера 14, с входами обнуления первого 8 и второго 9 делителей и с вторым входом второго элемента ИЛИ 13, выход которого соединен с входом обнуления блока делителей

5, выход такта которого соединен с входом первого делителя 8, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ

13 и с входом второго делителя 9, выход которого соединен с R-входом триггера 14, прямой выход которого соединен с первым входом элемента И 6, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 7, а выход — с счетным входом блока делителей 5, выходы которого соединены с синхровходами блока аналогоцифровых преобразователей 1 и с синхровходами анализатора 4, информационные входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 1 и с первыми входами блока элементов И 2. вторые входы которого соединены с управляющими выходами анализатора 4 а выхо ды — с входами первого элемента ИЛИ 3 выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига 10, синхровход которого соединен с синхровыходом анализатора 4, а выходы с входами соответствующих перемножителей 11, выходы которых соединены с входами соответствующих накопительных сумматоров 12, выходы которых соединены с выходами автокоррелятора, Элементы анализатора 4 соединены следующим образом.

Управляющие выходы анализатора соединены с выходами устройства определения максимума 18 и с вторыми входами блока элементов И 19, выход которого соединен с синхровыходом анализатора, а первые входы — с синхровходами анализатора и с синхровходами элементов анализа 17, информационные входы которых соединены с информационными входами анализатора, а выходы — с. входами устройства определения максимума 18.

Элементы анализа 17 соединены следующим образом.

Информационный вход элемента соединен с информационным входом регистра 20, 1829042

10

15 (2) (5) синхровход которого соединен с синхровходом элемента анализа, а выходы — с входами соответствующих корреляционных блоков

21, выходы которых соединены с входами сумматора 22, выход которого соединен с выходом элемента анализа.

Цифровой автокоррелятор работает следующим образом.

Математический алгоритм работы заявленного устройства основан на следующем.

Предположим, что сигнал принимаемый приемником можно записать в следующем виде:

S(t) = Sp exp (i (в t+ у)) + n(t), (1) где в = (1 — — ) во — угловая частота, смеч с щенная за счет эффекта Доплера; ч — скорость движения поставщика помех; с — скорость распространения радиоволн; у- фаза;

n(t) — аддитивная помеха в полосе пропускания приемника.

В случае монохроматического сигнала радиопомехи уравнение (1) без n(t) дает следующую автокорреляционную функцию:

1 т

14(т) = f S(t) Я*(т+ г) dt =

2T — т

= $ ехр (i (в т)), где 2Т вЂ” интервал интегрирования; т — время задержки; (") — комплексное сопряжение, Для получения точного результата определим фазовращательную автокрреляционную функцию В(т) следующим образом: т

R(t) = 2 -Т 3 S(t) S i* (t + r) dt; (3) — т

Si(t+ t) = S(t+ х) ехр (-i p); (4) где rp — прогнозируемое вращение фазы при (t+ х) N — прогнозируемая угловая частота в данный период.

Подставляя уравнения (1), (4) и (5) в (3), получают

К(т) = Я; ехр (i (Й вЂ” в) т) + N(t), (6) N (г) — означает вклад шума п(с) в уравнение (2).

Как следует из (6), когда прогнозируемая угловая частота (Й) не совпадает с действительными значениями, реальная часть изменяется со временем задержки т. Исследуя вможно найти истинную в, когда оеальная часть остается константой Sp при любом времени задержки. Поскольку в реальных условиях существует шумовой эффект Й(т), мы можем получить оптимальную оценку в, максимизируя среднюю автокорреляционную мощность Rp, определенную для периода времени 2 tR в следующем виде

Rp(m) = f Pealed R (тЯ d r ax в = м, 2t:R (7) Таким образом, в основе алгоритма функционирования заявленного устройства и лежит выражение (7).

Работа цифрового автокоррелятора осуществляется в два этапа.

При поступлении импульса запуска на вход запуска 16 происходит установление триггера 14 в единичное состояние. По этому же импульсу производится обнуление делителей 8 и 9 и этот же импульс проходит через элемент ИЛИ 13 и поступает на вход обнуления блока делителей 5. Установление триггера 14 в единичное состояние разрешает работу элемента И 6. Импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 7 проходят через элемент И 6 на счетный вход блока делителей 5. Блок делителей 5 образован К делителями, где К вЂ” число каналов обзора по частоте Доплера. Коэффициенты каждого делителя блока делителей 5 выбираются различными. В связи с этим на выходе блока делителей 5 образуются импульсы квантования с различной частотой следования, т.е, организуется обзор по частоте квантования. Эти импульсы поступают на синхровходы блока аналого-цифровых преобразователей 1, образованного К аналого-цифровых преобразователей, в котором осуществляется преобразование входных аналоговых сигналов в цифровые коды. Эти цифровые отсчеты поступают на информационные входы анализатора 4 в котором реализуется вычисления по приведенным выше выражениям, По окончании первого цикла вычисления, т.е. при появлении импульса на выходе делителя 8, имеющего коэффициент деления L, где L — объем выборки, на управляющих выходах анализатора 4 определяется код канала с максимальной мощностью, т.е. номер того канала, в котором частота дискретизации наиболее точно подобрана с учетом частоты Доплера

1829042

55 и на синхровыход анализатора 4 пропускается частота дискретизации этого канала.

Импульс с выхода делителя 8 проходит че- рез элемент ИЛИ 13 и производит обнуление блока делителей 5. Начинается второй цикл вычислений. Код канала с максимальной мощностью поступает на вторые входы блока элемента И 2 в результате которого открываются элементы И того канала и они пропускают на свой выход только цифровые отсчеты этого выбранного канала, т.е, с выхода выбранного аналого-цифрового преобразователя блока АЦП 1. В дальнейшем цифровые отсчеты с выхода блока элементов И 2 проходят через первый элемент ИЛИ

3 и поступ ют на информационный вход регистра сдвига 10, на синхровход которого поступают синхроимпульсы выбранного канала с выхода анализатора 4. Регистр сдвига 10 имеет M выходов, где М вЂ” число вычисляемых ординат автокорреляционной функции. Цифровые отсчеты, с выходов регистра сдвига 10 поступают на перемножители 11, в которых происходит перемножение отсчетов, а результаты перемножения накапливаются в накопительном сумматоре 12. llo окончании накопления, т.е. после появления импульса на выходе делителя 8, коэффициент деления которого соответствует объему выборки, появляется импульс и на выходе делителя 9, коэффициент деления которого равен двум, в накопительных сумматорах 12 хранятся отсчеты а втокорреля цио ной функции поступающего сигнала со скомпенсированным влиянием частоты Доплера, Импульс с выхода делителя 9 устанавливает триггер 14 в нулевое состояние, В дальнейшем работа цифрового автокоррелятора аналогична.

Рассмотрим работу отдельных элементов автокоррелятора.

Анализатор 4 (фиг.2) работает следующим образом.

В каждом из элементов накопления осуществляется вычисление отсчетов автокорреляционной функции в N отсчетах за счет перемножения отсчетов и накопления результата в корреляционных блоках 21. С выходов корреляционных блоков 21 отсчеты автокорреля цион ной функции суммируются в сумматоре 22 без учета знака, Таким образом, на каждом из выходов элементов анализа 17 получаются реализации по выражению (7), Эти реализации поступают на устройство определения максимума 18, которое определяет номер канала в котором максимальная реализация. Устройство определения максимума реализуется на устройствах сравнения, элементах И и элементах ИЛИ и на его выходе образуется

50 код канала с максимальной реализацией.

Этот код поступает на блок элементов И 19 и открывает тот элемент И в канале которого максимальная реализация. Так как после первого цикла информация с канала с максимальной реализацией должно запомнится, то в устройстве определения максимума на его выходе устанавливается регистр, в который и заносится код номера канала с максимальной реализацией по импульсу окончания первого цикла, поступающему на вход записи анализатора, B дальнейшем работа анализатора аналогична.

Остальные элементы цифрового автокоррелятора общеизвестны и широко описаны в существующей литературе, Накопительные сумматоры реализуются на регистре и сумматоре, Выходом такта блока делителей 5 является выход делителя с минимальной частотой дискретизации. Для синхронизации работы элементов автокррелятора используются импульсы квантования при необходимости задержанные элементами задержки (на фиг.1 не показаныы).

Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение конкретных технических характеристик цифровых автокорреляторов, Поэтому сравнительный анализ проведем с базовым объектом, в качестве которого выберем прототип, характеризующийся аналогичным способом постооения, Как следует из описания работы предлагаемого цифрового автореллятора в нем осуществляется определение доплеровской частоты исследуемого сигнала по номеру канала с максимальной реализацией в анализаторе, что доказывает расширение функциональных возможностей этого автокоррелятора по сравнению с прототипом, Кроме того, так как в заявленном устройстве автокорреляционная функция вычисляется после компенсации доплеровской частоты, то и она не искажена доплеровской частотой и естественно она боле точно вычислена чем в прототипе.

Формула изобретения

1. Цифровой автокоррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, группу перемножителей, группу накапливающих сумматоров и регистр сдвига, выходы младшего разряда которого соединены с первыми входами перемножителей группы, разрядные выходы регистра сдвига подключены к вторым входам одноименных перемножителей группы, выходы которых содинены с входами одноименных накапливающих сумматоров группы, выходы которых я вля ются выходами отсчетов

1829042

10 корреляционной функции автокоррелятора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала, в него введены блок делителей, блок элементов ИЛИ, блок элементов И, два делителя, элемент И, элемент ИЛИ, триггер, частотный анализатор и блок аналого-цифровых преобразователей, информационный вход которого является информационным входом автокоррелятора, а выход подключен к информационному входу частотного сигнализатора и к первому входу блока элементов И, второй вход которого соединен с выходом частотного анализатора, а выход подключен к входу блока элементов ИЛИ, выход кОторого соединен с информационным входом регистра сдвига, синхровход которого подключен к выходу формирования номера канала с максимальным значением частотного анализатора, тактовый вход которого подключен к выходу первого делителя, соединенному первым входом элемента ИЛИ с информационным входом второго делителя, выход которого подключен к R-входу триггера, S-вход которого является входом запуска автокоррелятора, соединен с входами обнуления, делителей и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления блока делителей, информационный вход которого соединен с выходом элемента

И. входы которого подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и прямому выходу триггера, выход блока делителей соединен с синхровходами частотного анализатора и блока аналогоцифровых преобразователей.

2. Автокоррелятор по п,1, о т л и ч а ю5 шийся тем, что частотный анализатор содержит блок элементов И, блок определения максимального значения и канальные определители мощности, информационные входы которых образуют информационный

10 вход анализатора, синхровход которого соединен с синхровходами канальных определителей мощности и с управляющим входом блока элементов И, выход которого является выходом формирования номера канала с

15 максимальным значением анализатора, тактовым входом которого является тактовый вход блока определения максимального значения информационные входы которого соединены с выходами канальных опреде20 лителей мощности, а выход подключен к информационному входу блока элементов И и соединен с выходом анализатора.

3. Автокоррелятор по пп,1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что канальный опреде25 литель мощности содержит регистр, корреляционные блоки и сумматор, выход которого является выходом определителя, информационным входом и синхровходом которого являются одноименные входы ре30 гистра, выход младшего разряда которого подключен к первым входам корреляционных блоков, разрядные выходы регистра соединены с вторыми входами одноименных корреляционных блоков, выходы которых

35 подключены к входам сумматора.

1829042

45

Составитель Г. Посохин

Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Редактор T. Иванова

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

Заказ 2476 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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