Устройство выделения экстремального значения сигнала

 

Изобретение относится к измерительной технике и технике связи. Технический результат заключается в выделении наибольшего значения корреляционной функции. Сущность изобретения состоит в том, что в устройство, содержащее канал, состоящий из последовательно соединенных входного ключа и запоминающего элемента, элемент сравнения, стробирующий ключ и синхронизатор, соединенный с управляемыми входами стробирующего ключа и входного ключа, вход которого соединен с входным зажимом, введены n-1 канал, n-1 стробирующий ключ и выходной блок, при этом входы n-1 каналов соединены с входным зажимом, выходы всех каналов соединены с соответствующими входами элемента сравнения, выходы которого через стробирующие ключи соединены с выходным блоком, а управляемые входы входных и стробирующих ключей соединены с выходами синхронизатора. 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к измерительной технике и технике связи и используется в приемниках оптимальной обработки сложных фазоманипулированных сигналов.

Известны устройства для определения временного положения основного максимума сигнала (патенты США: №3 688532, кл. 307-231 от 17.06.73 г; №3 891930, кл. 328-131 от 11.09.75 г.

Авт. св. №577661 МКИ Н 03 К 5/18 ("Устройство для определения временного положения основного максимума периодического сигнала"), содержащее аналого-цифровой преобразователь, схему задержки, схему синхронизации и управления, преобразователь данных из цифровой формы в аналоговую, схему памяти.

Данные устройства выделяют наибольшую амплитуду сигнала, поступающего в виде последовательности видеоимпульсов различной амплитуды.

Известны также устройства для выделения экстремумов, содержащие компараторные аналоговые запоминающие элементы, преобразователи напряжения в фазу импульсов, многоустойчивые элементы и схемы совпадения и захвата (например, авт.св. №375483, G 01 Д 1/12, Н 03 К 23/04 от 25.05.73 года "Устройство для выделения и подсчета экстремумов), а также устройства, содержащие преобразователи амплитуды напряжения во временной интервал, триггеры и схемы совпадения (например, авт.св. №430335, G 01 R 29/02 от 02.11.1974 "Устройство для определения экстремальных значений сигналов").

Все перечисленные устройства позволяют выделить наибольшую амплитуду из последовательности, а не в каждом импульсе, имеющем несколько выбросов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство по авторскому свидетельству №569971, МКИ G 01 R 29/00 "Устройство для выделения экстремумов" от 09.12.1977.

Блок-схема прототипа приведена на фиг.1, где:

1 - входной ключ,

2, 3 - запоминающие ячейки,

4 - ключ,

5, 6 - стробирующие ключи,

7 - синхронизатор,

8 - импульсный элемент сравнения,

9 - блок выделения нулей.

Устройство-прототип содержит последовательно соединенные входной ключ 1, запоминающую ячейку 3, управляемые входа ключей 1 и 4 соединены с выходами синхронизатора 7, а третий выход синхронизатора 7 соединен с управляемыми входами стробирующих ключей 5 и 6, вторые входы которых соединены соответственно с выходами запоминающих ячеек 2 и 3, выходы же стробирующих ключей 5 и 6 соединены со входами импульсного элемента сравнения 8, выход которого соединен с блоком выделения нулей 9.

Устройство-прототип работает следующим образом:

Напряжение исследуемого процесса непрерывно преобразуется ключом 1 в пропорциональную амплитудно-модулированную последовательность импульсов с частотой следования, определяемой синхронизатором 7. Последовательность импульсов поступает на запоминающую ячейку 2, на выходе которой формируется ступенчатое напряжение, подаваемое на второй ключ 4. Со сдвигом на одну треть периода относительно тактовых импульсов, подаваемых на ключ 1, подаются тактовые импульсы на второй ключ 4. Преобразованная ключом 4 последовательность импульсов подается на вторую запоминающую ячейку 3. При сдвиге тактового импульса на 2/3 периода открываются стробирующие ключи 5 и 6 и в результате на вход импульсного элемента сравнения 8 поступают прямоугольные импульсы с запоминающих ячеек 2 и 3. На выходе элемента-сравнения 8 появляются импульсы, которые поступают на вход схемы выделения нулей 9, на выходах которой появляется определенная последовательность импульсов. Признаком экстремума исследуемого процесса является наличие нуля или смена знака, на выходе элемента сравнения 8, а на выходах 11 и 12 блока 9 - импульсов, длительность которых обратно пропорциональна скорости изменения функции, и разнесенных на разные выходы в зависимости от знака экстремума.

Недостатком устройства-прототипа является то, что оно не позволяет выбрать наибольший пик корреляционной функции.

Целью предлагаемого устройства является выбор наибольшего пика корреляционной функции.

Эта цель достигается тем, что устройство выделения наибольшего пика состоит из n-каналов, каждый из которых содержит последовательное соединение входного ключа с запоминающей ячейкой, n-входовую схему сравнения, стробирующие ключи, схему объединения и синхронизатор, которые имеют функциональные связи, отличные от прототипа.

На фиг.2 приведена блок-схема предлагаемого устройства, где:

1 - входной ключ,

2 - запоминающая ячейка,

3 - схема сравнения,.

4 - стробирующий ключ,

5 - выходное устройство,

6 - синхронизатор.

Причем 1, 2, 4 образуют канал и их количество n.

Устройство выбора наибольшего пика корреляционной функции состоит из n-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные входной ключ 1 и запоминающую ячейку 2, выход которой соединен с одним из входов n-входовой схемы сравнения 3, n-выходов которой соединены со входами стробирующих ключей 4, имеющихся в каждом канале. Выходы всех стробирующих ключей 4 соединены с n входами выходного устройства 5, а управляемые входы входных ключей 1 и стробирующих ключей 4 соединены между собой и с выходами синхронизатора 6.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Исследуемый сигнал (корреляционная функция) подается одновременно на все входные ключи 1, на управляемые входы которых подаются импульсы с синхронизатора, сдвинутые друг относительно друга на длительность самого импульса (фиг.3).

На выходе каждого ключа появляется напряжение, уровень которого пропорционален входному сигналу в данный момент.

Выходные уровни ключей запоминаются на время тактового интервала запоминающими ячейками 2.

С выходов запоминающих ячеек сигналы подаются на n-входовую схему сравнения 3, выполненную по принципу дифференциального усилителя.

На одном из n входов схемы сравнения, соответствующем входу с максимальным уровнем, появляется нормированный уровень напряжения, который подается на стробирующий ключ 4 соответствующего канала. На вторые входы стробирующих ключей 4 подаются импульсы с синхронизатора, совпадающие по времени со стробирующими импульсами, подаваемыми на входные ключи 1. Таким образом, на выходе одного из стробирующих ключей 4 выделяется импульс, который и определяет временное положение наибольшего пика корреляционной функции. С выходов стробирующих ключей 4 сигнал подается на выходное устройство 5 - схему объединения каналов.

Для оценки технико-экономической эффективности предлагаемого устройства приведем следующие разъяснения.

В широкополосных системах связи при приеме согласованным фильтром, обработка сигнала заканчивается распознаванием переданного символа, для чего требуется процесс поиска и синхронизации по принимаемому сигналу (С.С.Свириденко "Основы синхронизации при приеме дискретных сигналов М.: Связь, 1974).

Частотная избыточность широкополосного сигнала приводит к возможности попадания в полосу приемника сосредоточенных по спектру помех. Задача повышения эффективности выделения сигнала на их фоне достигается путем использования амплитудно-частотного выравнивания смеси сигнала и помех на входе согласованного фильтра (подавление сосредоточенных помех) (Н.Л.Теплов "Анализ оптимальных схем приема дискретных сигналов на фоне сосредоточенных (по спектру или во времени) помех". "Электросвязь", №12, 1968).

Достаточно эффективным и наиболее простым с точки зрения практической реализации методом подавления сосредоточенных помех является метод режекции участков спектра, пораженных сосредоточенными помехами. При этом увеличение помехоустойчивости по отношению к сосредоточенным помехам оценивается как: где - отношение мощности сосредоточенной помехи к мощности флуктуационных помех;

- ширина спектра сигнала

ΔF - ширина полосы сосредоточенных помех

(Г.И.Тузов. Статистическая теория приема сложных сигналов. М.: Советское радио, 1977, с. 129-131).

Но режекция сосредоточенных помех сопровождается потерей части спектра сигнала, в результате чего форма корреляционной функции (свертки) на выходе согласованного фильтра искажается. Как правило, искажения приводят к уменьшению основного пика корреляционной функции и увеличению боковых лепестков И.И.Малышев, В.И.Шестопалов, И.Г.Безгинов "Экспериментальные исследования корреляционной функции широкополосного сигнала", "Техника средств связи" серия "Техника радиосвязи" вып.7, 1976 г.

Наличие нескольких максимумов в корреляционной функции создает возможность синхронизации приемного устройства по любому из них.

В частности, устройство последовательного поиска, принимающее решение о наличии полезного сигнала по нескольким импульсам, следующим подряд через интервалы Т (Н.К.Пынтя "Устройство последовательного поиска периодического сигнала на фоне помех" "Вопросы радиоэлектроники" серия ТРС вып.4 1969 г.) как правило, синхронизируются по первому вопросу, превышающему порог (фиг.4)

Работа на боковых лепестках обладает меньшей помехоустойчивостью по сравнению с работой на наибольшем выбросе корреляционной функции и, кроме того, может привести к срыву синхронизации с повторением процедуры поиска сигнала, что иногда недопустимо.

Для устранения указанных недостатков необходимо, чтобы приемник синхронизировался не по первому выбросу, а по наибольшему, для чего на выходе согласованного фильтра необходимо иметь устройство позволяющее определить наибольшее значение корреляционной функции, которое и предлагается авторами.

Формула изобретения

Устройство выделения экстремального значения сигнала, содержащее канал, состоящий из последовательно соединенных входного ключа и запоминающего элемента, элемент сравнения, стробирующий ключ и синхронизатор, соединенный с управляемыми входами стробирующего ключа и входного ключа, вход которого соединен с входным зажимом, отличающееся тем, что с целью выделения наибольшего значения корреляционной функции, в него введены n-1 канал, n-1 стробирующий ключ и выходной блок, при этом входы n-1 каналов соединены с входным зажимом, выходы всех каналов соединены с соответствующими входами элемента сравнения, выходы которого через стробирующие ключи соединены с выходным блоком, а управляемые входы входных и стробирующих ключей соединены с выходами синхронизатора.

РИСУНКИ