Устройство для цифровой обработки линейно- частотномодулированных сигналов

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1111 734589 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.12.77 (21) 2554272/18-09 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано 15.0580. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 15.05.80 (51) ф„Кд.2

G 01 S 3/74

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 396.

„75(088,8) (72) Авторы изобретения

А, А.Чумаченко, С, Л. Голинец, В.В.Пискорж и Л,А,Краснов (71) Заявитель

Харьковский авиационный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ЛИНЕЙНОЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к радиопеленгации и может использоваться для оценки параметров движения объектов.

Известно устройство для цифровой обработки линейно-частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов, содержащее

М преобразователей сигналов, входы которых соединены между собой, квадратурный генератор ЛЧМ колебаний, выходы которого соединены с первыми и вторыми управляющими входами М преобразователей сигналов соответ.твенно, генератор сигналов дискретизации, выходы которого соединены 1з с третьими и четвертыми управляющими входами М преобразователей сигналов соответственно, М буфеоных регистров, входы которых соединены с выходами соответствующих N, преоб- 20 разователей сигналов, последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования фурье, квадратор и буферное запоминающее устройство и последовательно соединенные обнаружитель и интерполятор, причем выходы М буферных регистров соединены с соответствующими входами блока вычисления дискретного преобразования фурье 11). ЗО

Однако известное устройство имеет низкое быстродействие при измерении частоты и первой производной частоты нескольких одновременно действующих

ЛЧМ сигналов, Цель изобретения — повышение быстродействия при измерении частоты и первой производной частоты нескольких одновременно действующих ЛЧМ сигналов.

Для этого в устройство для цифровой обрабо=ки ЛЧМ сигналов, содержащее М преобразователей сигналов, входы которых соединены между собой, квадратурный генератор ЛМЧ колебаний, выходы которого соединены с первыми и вторыми управляющими входами М преобразователей сигналов соответственно, генератор сигналов дискретизации, выходы которого соединены с третьими и четвертыми управляющими входами М преобразователей сигналов соответственно, М буферных регистров, входы которых соединены с выходами соответствующих М преобразователей сигналов, последовательно соединенные блок вычисления дискретного преобразования фурье, квадратор и буферное запоминающее устройство и последовательно соединенные обнаружитель и интерполятор, причем выходы М буфер734589 пчп / мах" где S. — амплитуда сигнала от i-й цели;

f„- — значение частоты сигнала от i-й цели в момент t=0;

f — значение производной частоты сигнала от i-й цели на интервале наблюдения t.e(0, Т) .

На управляющие входы каждого из

М преобразователей 1 подаются колеба".=ия . естного квадратурного генс= .".атора

?, сдвинутые друг относительно друга на угол /1/2/ линейно модулированные по частоте колебаний:

О,=звaX((f -p),Р +„„,, Ц о rnjtl

О -coszltt(/ -е) .(/ „ Гпту )т) (2) 60 ных регистров соединены с соответствующими входами блока вычисления дискретного преобразования фурье/ введены генератор-синтезатор и последовательно соединенные формирователь коэффициента умножения, умножитель и сумматор с памятью, первый и второй выходы которого соединены с входом обнаружителя и вторым входом интерполятора соответственно, причем первый и второй входы формирователя коэф-1О фициента умножения соединены соответственно с первыми выходами интерполятора и буферного запоминающего устройства, второй выход которого соединен с вторым входом умножителя, вход генератора-синтезатора соединен с вторым выходом интерполятора, а М. выходов генератора-синтезатора соеди- . нены с соответствующими входами блока вычисления дйскретного преобразования Фурье. 20

На чертеже представлена структурная электрическая схема предложенного устройства.

Устройство содержит М преобразователей 1 сигналов, квадратурный генератор 2 ЛМЧ колебаний, генератор 3 сигналов дискретизации, М буферных регистров 4, блок 5 вычисления дискретного преобразования Фурье, квадратоо б, буферное запоминающее уст.ройство 7, умножитель 8, формирователь 9 коэффициента умножения, сумматор 10 с памятью, обнаружитель 11, интерполятор 12 и генератор-синтезатор 13, Устройство работает следующим э5 образом.

На сигнальные входы всех М преобразователей 1 сигналов подается сигнал, имеющий вид:

m=0/1...Ì-1, г == при t е (О, т)

П ОХ /ill@ ( („-1

1 2

В каждом из М преобразователей 1 сигнал подвергается квадратурному гетеродинированию колебаниями (2) и низкочастотной фильтраций, что позволяет сформировать на базе принятого сигнала низкочастотный аналитический сигнал, спектр которого сосредоточен в области f 6 (0,2F), при этом составляющие сигнала за счет ускорения разных цепей оказываются в большей или меньшей степени скомпенсированными в разных каналах линейно модулированными по частоте составляющими гетеродинируюших колебаний, Далее низкочастотные аналитические колебания в каждом, из М преобразователей

1 дискретизируются по времени с шагом д t= —,, определяемым генерато1

2Г ром 3 сигналов дискретизации, и подвергаются аналогово-цифровому преобразованию. За время Т в регистрах преобразователей 1 накапливается N= (— ) г

М дискретных отсчетов указанных сигналов.

По окончании интервала наблюдения за время gt«T производится перезапись информации из регHcTDQB преобразователей 1 в буферные регистры 4, Сразу же после этого начинается повторное заполнение регистров преобразователей 1 новой информацией.

Блок 5 вычисления дискретного преобразования Фурье по N= (2FT) дискретным отсчетам низкочастотного аналитического сигнала из m-.ãî буферного регистра вычисляет 2N отсче тов его Фурье-спектра в диапазоне

f á (О, 2F) с шагом < f = — . Квадратор б путем нахождения квадратов модуле отсчетов Фурье-спектра формирует 2N отсчетов энергетического спектра, которые помещаются в m-ю строку запоминающего устройства 7 хранения промежуточных результатов. После завершения цикла вычисления всех М энергетических спектров информация из запоминающего устройства 7, имеющего объем М строк по 2N ячеек для хранения действительных чисел, переписывается в умножитель 8, по второму входу которого подсоединен формирователь 9 коэффициента умножения. B начальный момент обработки формирователь 9 коэффициента умножения имеет на выходе коэффициент умножения, равный единице ° Поэтому информация из умножителя 8 переписивается в сумматор 10 такого же объема, как и запоминающее устройство 7, без изменений, Обнаружитель 11, согласно заданному алгоритму обнаружения, путем анализа дискретных отсчетов энергетического спектра сигнала в спектре обзора fE,(0,2Г); fe(f „„,fh, ) производит грубую оценку частоты и ее

734589 производной наиболеЕ интенсивной сигнальной составляющей, Интерполятор 12, используя информацию, заложенную в амплитуде отсчетов энергетического спектра, формирует точные оценки частоты и ее производной.

Интерполятор. 12 может обеспечить

5 получение теоретически предельной точности оценок частоты и ее производной для любой из сигнальных составляющих. Действительно,, при дискретизации энергетического спектра в секторе обзора f e(0,2F) f e(f f «) с шагом дискретизации соответственно 6,Г= и ьГ= -- возможно точное восстановление спектра в интервале между вычисленными спектральными отсчетами по теореме Котельникова.

Далее после нахождения уточненной оценки частоты и производной частоты наиболее мошной спектральной составляющей исследуемого сигнала необхо- 20 димо компенсировать спектр уже изме,ренной составляющей. Для этого с перьвого выхода интерполятора 12 оценочное значение частоты и ее производной поступает на вход формирователя 25

9 коэффициента умножения, который формирует коэффициент умножения К;+ .

Коэффициент K .+< вырабатывается из условия точной компенсации максимального отсчета измеренной составляющей и принимается равным К„+„

-(Fg,. /F ),. где Fgi — интенсйвность максимальной спектральной составляющей сформированного компенсирующего спектра. Компенсирующий спектр формируется следующим образом, Со второго выхода интерполятора 12 указанные значения частоты и ее производной поступают на вход генераторасинтезатора 13 линейно модулированных по частоте колебаний, выходные 40 сигналы которого подаются на соответствующие входы блока 5 вычисления дискретного преобразования Фурье.

Генератор-синтезатор 13 формирует на выходе сигналы, которые по своему спектру наиболее точно соответствуют. спектру наиболее интенсивной составляющей от принятой преализации. Затем этот сформированный сигнал подвергается дискретному преобразованию ФУРье 50 в блоке 5, в квадраторе б осуществляется формирование его энергетического спектра и перезапись значений этого спектра в запоминающее устройство

7, из которого отсчеты энергетического компенсирующего спектра поступают в умножитель 8, где умножаются на коэффициент К; < и складываются с содержимым 2N соответствующих ячеек сумматора 10, Повторение процедуры поиска максимального спект- QP рального отсчета и интерполяции позволяет оценить параметры следующей (несколько менее мощной по. сравнению с предыдущей) составляющей измеряемого сигнала. 65

Очевидно, что количество составляющих измерительного сигнала, частоты и производные частот которых могут быть измерены в реальном масштабе времени с помощью предлагаемого устройства для цифровой обработки cHI íàлов, определяется в основном быстродействием блока 5 вычисления дискретного преобразования Фурье. Для измерения и частот (разнесенных на интервал, в несколько раз превышающий релеевский предел разрешения), необходимо за время, равное интервалу наблюдения, вычислить (n + 1) И. дискретных преобразований Фурье.

Таким образом, проведение процедуры компенсации спектра наиболее мощной спектральной составляющей измеряемого сигнала позволяет понизить порог обнаружения ниже уровня первого бокового лепестка указанной составляющей, так как в противном случае уровень этого лепестка может быть принят за главный максимум менее интенсивных спектральных состав-. ляющих, Формула изобретения

Устройство для цифровой обработки линейно-частотно-модулированных (ЛЧИ) сигналов, содержащее М преобразователей сигналов, входы которых соединены между собой, квадратуриый генератор ЛЧМ колебаний, выходы которого соединены с первыми и вторыми управляющими входами И преобразователей, сигналов соответственно, генератор сигналов дис::.ретизации, выходы которого соединены с третьими и четвертыми управляющими входами И.преобразова елей сигналов соответственно, М буферных регистров, входы которых соединены с выходами соответствующих

И преобразователей сигналов, последовательно соединенные блок вычисления дискретного. преобразования Фурье, квадратор и буферное запоминающее устройство и последовательно соединенные обнаружитель и интерполятор причем выходы И буферных регистров соединены с соответствующими входами блока вычисления дискретного преобразования Фурье, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при измерении частоты и первой производной частоты нескольких одновременно действующих ЛЧИ.сигналов, введены генераторсинтезатор и последовательно соединенные формирователь коэффициента умножения, умножитель и сумматор с памятью,.первый и второй выходы которого соединены с входом обнаружителя и вторым входом интерполятора соответственно, причем первый и второй входы формирователя коэффициента умножения соединены соответственно с

734589

Сост авит ель Е. Поги блов

Редактор Т,Портная Техред Ж.Кастелевич Корректор М.Внгула

Заказ 2217/8 Тираж 649 Подпи сиое

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул.Проектная, 4 первыми выходами интерполятора и буферного запоминающего устройства, второй выход которого соединен с вторым входом умножителя, вход генератора-синтезатора соединен с вторым выходом интерполятора, а М выходов генератора-синтезатора соединены с соответствующими входами блока вычисления дискретного преобразования

Фурье.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2433528/09, кл. G 01 S 3/74, 23,06.77 r.