Рециркуляционный коррелятор разрешения фазокодоманипулированных сигналов

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокационных станциях для разрешения фазокодоманипулированных (ФКМ) сигналов с приблизительно равными частотами. Достигаемый технический результат - существенное снижение вычислительных затрат за счет рециркуляционного преобразования входных сигналов, позволяющего применить быстрое преобразование Уолша. Входной сигнал устройства представляет собой аддитивную смесь видеочастотных ФКМ-сигналов с разными амплитудами и задержками, кодированных М-последовательностью, дискретизированных с темпом в два отсчета на элементарный аналоговый дискрет в стробе М=4·n-1. При помощи первого сумматора и первого регистра сдвига входной сигнал своей рециркуляцией сводится к интервалу, равному 2·n. При помощи первого коммутатора сигнал разделяется на четную и нечетную последовательности, которые поочередно проходят на блок перекрестных связей, затем на блок быстрого преобразования Уолша, далее на блок обратных перекрестных связей и второй коммутатор. С последнего сигналы поступают на блок согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета. Далее сигналы поступают на третий коммутатор, который в порядке своей четности и нечетности подает их на второй сумматор. При помощи второго сумматора и второго регистра сдвига сигнал с третьего коммутатора своей рециркуляцией сводится к интервалу, равному 2·n. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокационных станциях для разрешения фазокодоманипулированных (ФКМ) сигналов с приблизительно равными частотами.

Известен коррелятор разрешения сигналов по времени задержки, содержащий последовательно соединенные блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), перемножитель (функционально - делитель), блок обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ), причем входом устройства является вход блока БПФ, на второй вход перемножителя подается сигнал, имеющий структуру диагональной матрицы, элементами которой являются обратные значения дискретного спектра опорного колебания, выходом устройства является выход блока ОБПФ [1].

Однако известный коррелятор разрешения имеет относительно большие вычислительные затраты за счет перемножителя (функционально - делителя) многоразрядных чисел и двух соответствующих БПФ.

Целью изобретения является упрощение схемы коррелятора разрешения сигналов по времени задержки, приводящее к существенному снижению вычислительных затрат за счет рециркуляционного преобразования входных сигналов, позволяющего применить быстрое преобразование Уолша (БПУ).

На фиг.1 приведена структурная схема предлагаемого рециркуляционного коррелятора разрешения; на фиг.2 - структурная схема блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета; на фиг.3 - построение М-циркулянта и его преобразование для семиэлементной М-последовательности с целью пояснения построения блока 4 перекрестных связей и блока 6 обратных перекрестных связей; на фиг.4 - эпюры, поясняющие работу рециркуляционного коррелятора разрешения для случая обработки двух ФКМ-сигналов кодированных семиэлементной М-последовательностью (n=7), дискретизированных с темпом два отсчета на элементарный аналоговый дискрет (k=2) и задержанных друг относительно друга на шесть отсчетов в стробе из N=2·n·k-1=27 отсчетов.

Устройство содержит первый сумматор 1, первый регистр 2 сдвига, первый коммутатор 3, блок 4 перекрестных связей, блок 5 БПУ, блок 6 обратных перекрестных связей, второй коммутатор 7, блок 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета, третий коммутатор 9, второй сумматор 10, второй регистр 11 сдвига (фиг.1).

Блок 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета содержит первый и второй регистры 12 сдвига, первый и второй регистры 13 сдвига на один отсчет, первый и второй сумматоры 14 (фиг.2.).

Первый сумматор 1 содержит два входа и один выход, первый вход является входом устройства, второй вход соединен с последним выходом первого регистра 2 сдвига, выход соединен с входом первого регистра 2 сдвига.

Первый регистр 2 сдвига содержит один вход, 2·n выходов, 2·n r-разрядных ячеек (r - число, зависящее от разрядности АЦП), выходы соединены с соответствующими входами первого коммутатора 3.

Первый коммутатор 3 предназначен для разделения выходных значений первого регистра 2 сдвига и содержит 2·n входов и n выходов, выходы соединены с соответствующими входами блока 4 перекрестных связей.

Блок 4 перекрестных связей содержит n входов и n выходов, выходы соединены с соответствующими входами блока 5 БПУ, а сами связи должны быть построены таким образом, чтобы при сведении входного ФКМ-сигнала, кодированного М-последовательностью, осуществляемого процедурой рециркуляции, в стробе 4·n-1 на интервал, равный 2·n, выходные значения блока перекрестных связей совпадали с одной из строк матрицы Уолша-Адамара (без первой строки и первого столбца): например, для семиэлементной М-последовательности 1110100, с образующим полиномом х³+х+1, строится М-циркулянт таким образом, чтобы первая строка М-циркулянта содержала исходную М-последовательность, а последующие строки строились путем циклического сдвига на один элемент вправо (фиг.3, а). Далее нумеруются столбцы полученного М-циркулянта слева направо (фиг.3а нижняя строка). Затем выделяются первые l строк, где l=3 - степень образующего полинома М-последовательности, и выделенные значения в столбцах переводятся в десятичную систему счисления, считая верхнее значение младшим разрядом (фиг.3а верхняя строка). Полученные числа и будут определять перекрестные связи, то есть первый вход блока перекрестных связей будет соединен с первым выходом этого блока, второй - с шестым, третий - со вторым, четвертый - с седьмым, пятый - с пятым, шестой - с четвертым, а седьмой - с третьим.

Блок 5 БПУ содержит n входов и n выходов, выходы соединены с соответствующими входами блока 6 обратных перекрестных связей. Быстрое преобразование Уолша строится по известному алгоритму факторизации Гуда [2]:

где Y_n+1 - вектор размером n+1, представляющий данные после преобразования;

- матрицы сомножители, составленные из l компонентов;

Е₂ - элементарная матрица функций Уолша размером два на два;

I₂ - единичная матрица размером два на два;

⊗ - символ Кронекеровского произведения;

Х_n+1 - вектор размером n+1, представляющий исходные данные.

Блок 5 БПУ предназначен для вычисления вектора Y_n, при котором не используется первая строка и первый столбец матрицы Уолша-Адамара.

Блок 6 обратных перекрестных связей содержит n входов и n выходов, выходы соединены с соответствующими входами второго коммутатора 7, а сами связи определяются правилом: столбцам матрицы (фиг.3а) присваиваются порядковые номера (фиг.3а верхняя строка), далее эти столбцы строятся в порядке возрастания их номеров; нумеруются строки и записываются значения элементов полученной матрицы в сигнальном виде, то есть ноль эквивалентен «+», а единица эквивалентна «-» (фиг.3б). Теперь, если в рамках рассматриваемого примера третью и четвертую строки поменять местами, а вместо пятой строки поставить седьмую, шестой - пятую, седьмой - шестую, добавить верхнюю строку и левый столбец нулями, то получится каноническая матрица Уолша-Адамара размером восемь на восемь (фиг.3в). Эти перестановки и будут определять построение перекрестных связей, то есть первый вход блока 5 обратных перекрестных связей будет соединен с первым выходом этого блока, второй - со вторым, третий - с четвертым, четвертый - с третьим, пятый - с седьмым, шестой - с пятым, а седьмой - с шестым.

Второй коммутатор 7 содержит n входов и два выхода, выходы соединены с соответствующими входами блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета.

Блок 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета содержит два входа и два выхода, выходы блока соединены с соответствующими входами третьего коммутатора 9.

Третий коммутатор 9 содержит два входа и один выход, выход соединен с первым входом второго сумматора 10.

Второй сумматор 10 содержит два входа и один выход, второй вход соединен с последним выходом второго регистра 11 сдвига, выход соединен с входом второго регистра 11 сдвига.

Второй регистр11 сдвига содержит один вход, 2·n выходов и 2·n ячеек соответствующей разрядности, выходы второго регистра 11 сдвига являются выходами устройства.

Элементы, входящие в состав блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета, соединены в следующем порядке: первый и второй регистры 12 сдвига этого блока содержат по одному входу и выходу, n r-разрядных ячеек, входы регистров являются входами блока, выход первого регистра 12 сдвига соединен с входом первого регистра 13 сдвига на один отсчет и с входом второго сумматора 14, а выход второго регистра 12 сдвига соединен с входом второго регистра 13 сдвига на один отсчет и с входом первого сумматора 14; первый и второй регистры 13 сдвига на один отсчет содержат по одному входу, по одному выходу и по одной r-разрядной ячейке, выход первого регистра 13 сдвига на один отсчет соединен с входом первого сумматора 14, выход второго регистра 13 сдвига на один отсчет соединен с входом второго сумматора 14; первый и второй сумматоры 14 содержат по два входа и одному выходу, выходы сумматоров 14 являются выходами блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета.

Работа предложенного устройства рассматривается для случая обработки аддитивной смеси из двух видеочастотных ФКМ-сигналов, кодированных семиэлементной М-последовательностью -1-1-11-111, дискретизированных с темпом два отсчета на элементарный аналоговый дискрет k=2, разной амплитуды и задержанных друг относительно друга на шесть отсчетов, n=7, в стробе М=2·n·k-1=27 (фиг.4а). В исходном состоянии в ячейках регистров 2, 12, 13, 11 сдвига записаны нули.

На вход первого сумматора 1 поступают отсчеты входного сигнала и суммируясь с нулевым значением последней ячейки первого регистра 2 сдвига поступают на вход первого регистра 2 сдвига. Суммирование с нулевым значением последней ячейки первого регистра 2 сдвига в первом сумматоре 1 происходит до тех пор, пока в первом регистре 2 сдвига не запишется первых четырнадцать значений отсчетов входного сигнала. Следующим тактом значение отсчета в последней ячейке первого регистра 2 сдвига суммируется в первом сумматоре 1 с пятнадцатым значением отсчета входного сигнала и записывается в первую ячейку первого регистра 2 сдвига. Таким образом, весь входной сигнал помещается в первый регистр 2 сдвига (фиг.4б). После этого записанные значения в первом регистре 2 сдвига, с первой по четырнадцатую ячейку, поступают на соответствующие входы первого коммутатора 3, где сначала на вход блока 4 перекрестных связей передаются значения нечетных ячеек первого регистра 2 сдвига. С выходов блока 4 перекрестных связей эти значения поступают на блок 5 БПУ, где вычисляется вектор Y₇ для этой последовательности.

Выходной сигнал блока 5 БПУ поступает на соответствующие входы блока 6 обратных перекрестных связей и затем на второй коммутатор 7, где через первый выход поочередно помещаются в первый регистр 12 сдвига блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета. Затем первый коммутатор 3 снимает значения четных ячеек первого регистра 2 сдвига, передает их на соответствующие входы блока 4 перекрестных связей. С выходов блока 4 перекрестных связей эти значения поступают на блок 5 БПУ, где вычисляется вектор Y₇ для этой последовательности. Выходной сигнал блока 5 БПУ поступает на соответствующие входы блока 6 обратных перекрестных связей и затем на второй коммутатор 7, где через второй выход поочередно помещаются во второй регистр 12 сдвига блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета.

В блоке 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета сигналы с выходов первого и второго регистров 12 сдвига в порядке своей нечетности и четности поочередно поступают на вход первого и второго регистра 13 сдвига на один отсчет соответственно, где задерживаются на один отсчет, и на первые входы второго и первого сумматоров 14 соответственно, где суммируются с соответствующими задержанными значениями отсчетов. В это время третий коммутатор 9 в порядке нечетности и четности поочередно снимает полученные значения с выходов первого и второго сумматоров 14 блока 8 согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета и передает их на первый вход второго сумматора 10, где, суммируясь с последним значением второго регистра 11 сдвига, поступают на вход второго регистра 11 сдвига.

Выходной сигнал устройства снимается с выходов второго регистра 11 сдвига. Особенностью выходного сигнала устройства является единичный уровень и равномерный характер корреляционных шумов (фиг.4в).

Анализ известного и предложенного устройства показывает, что для вычисления двух БПФ в известном устройстве требуется 2·n·log₂n операций перемножения комплексных чисел и n перемножений (делений) в перемножителе (функционально - делителе), а в предлагаемом устройстве, за счет БПУ, требуется вычислить n·log₂n алгебраических операций над комплексными числами типа , тем самым существенно увеличивая быстродействие предложенного устройства.

Литература

1. В.К.Слока, Г.И.Чекуров. Алгоритмы разрешения сигналов при цифровой обработке. - М.: АН СССР, РТИ, препринт 848, 1984

2. А.М.Трахтман, В.А.Трахтман. Основы теории дискретных сигналов на конечных интервалах. - М.: Сов. радио, 1975.

1. Рециркуляционный коррелятор разрешения фазокодоманипулированных (ФКМ) сигналов содержит первый и второй сумматор, первый и второй регистры сдвига, первый, второй и третий коммутаторы, блок перекрестных связей, блок быстрого преобразования Уолша, блок обратных перекрестных связей, блок согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета, причем входом устройства является первый вход первого сумматора, а выходом устройства являются выходы второго регистра сдвига, при этом второй вход первого сумматора соединен с последним выходом первого регистра сдвига, выход первого сумматора соединен с входом первого регистра сдвига, 2·n выходов которого соединены с соответствующими входами первого коммутатора, n выходов которого соединены с соответствующими входами блока перекрестных связей, n выходов которого соединены с соответствующими входами блока быстрого преобразования Уолша, n выходов которого соединены с соответствующими входами блока обратных перекрестных связей, n выходов которого соединены с соответствующими входами второго коммутатора, два выхода которого соединены с соответствующими входами блока согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета, два выхода которого соединены с соответствующими входами третьего коммутатора, который в свою очередь соединен с первым входом второго сумматора, выход которого соединен с входом второго регистра сдвига, последний выход второго регистра сдвига соединен со вторым входом второго сумматора.

2. Рециркуляционный коррелятор по п.1, отличающийся тем, что блок согласования с элементарным дискретом длительностью в два отсчета содержит первый и второй регистры сдвига, входы которых являются входами указанного блока, первый и второй регистры сдвига на один отсчет, первый и второй сумматоры, выходы которых являются выходами указанного блока, выход первого регистра сдвига соединен с входом первого регистра сдвига на один отсчет и первым входом второго сумматора, а выход второго регистра сдвига соединен с входом второго регистра сдвига на один отсчет и первым входом первого сумматора, выходы первого и второго регистров сдвига на один отсчет соединены соответственно со вторыми входами первого и второго сумматоров.

3. Рециркуляционный коррелятор по п.1, отличающийся тем, что имеет в своем составе блок перекрестных связей, который содержит перекрестные связи, которые должны быть построены таким образом, чтобы при сведении входного ФКМ сигнала, кодированного М-последовательностью, осуществляемого процедурой рециркуляции, в стробе 4·n-1 отсчетов на интервал, равный 2·n отсчетов, выходные значения блока перекрестных связей совпадали с одной из строк матрицы Уолша-Адамара, в которой не используется первая строка и первый столбец.