Адаптивный фильтр

(19) (И) 1) Н 03 Н 21 ООУ ГОСУДАРСТВПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЦайаОЗ СА 12В.И. Прахов лектротехнический остраннформамами.3(провхо- чеЫЙ КОМИТЕТ СССР ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) Л.Н. Гольдфельд,и Я.Е. Фильгус(71) Ташкентский эинститут связи(54) (57) 1. АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий многоканальный моделятор,информационные входы которого являются входом адаптивного фильтра, ауправляющие входы подключены к выходам формирователя весовой функциио т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения помехоустойчивости приема повторяющихся сигналов неизвестной формы, в него введены двасумматора и пороговый элемент, при этом выходы многоканального моделя- тора подключены к входам первого сумматора и к информационным входам форьирователя весовой функции, управляющий вход которого соединен через пороговый элемент с .выходом первого сумматора, а выходы - с входами второго сумматора.2, Фильтр по п.1, о т л и ч а ю - щ и й С я тем, что, формирователь весовой функции содержит М каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и амплитудного, модулятора причеминформационные входы ключей являются информационными входами Формирователя весовой функции, управляющие входы ключей объединены и являются управляющим входом формирователя весовой функции, вторые ды амплитудных модуляторов подклю ны к выходам задающего генератора, а выходы являются выходами формирователя весовой Функции.25 Ч(х) = Т 8 (- -- ),/ ДХЕ-Чф Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах приема и обработки сигналов неизвестной формы".Известен адаптивный многоканальный фильтр, содержащий многоканаль- . ный моделятор и формирователь весовой функции, причем информационный вход многоканального моделятора является входом фильтра, управляющий вход многоканального моделятора сое динен с выходом формирователя весовой функции, а выход многоканального моделятора является выходом многоканального фильтра иа моделя- торе, осуществляющего параллельную 15 фильтрацию .М сигналов, где М - число каналов моделятора 11 .Форму частотной характеристики каждого из каналов многоканального фильтра можно изменять, не изменяя структуру устройства, путем замены весовой функции, связанной с импульсной характеристикой фильтра соотношением1 где Ч(х) - весовая функция;хд( в ,)=д(1) в импульсн характерисЧтика синтезируемого 30фильтра;Тц - время обработки сигнала вмоделяторе;Ч - скорость записи весовойфункции на безинерционном З 56фоторезистивном слое моделятора,Фильтры такого типа имеют постоянные параметры и позволяют обеспечитьоптимальную фильтрацию сигнала, еслиего параметры точно известны в местеприема. Если же форма принимаемогосигнала неизвестна, для оптимальнойфильтрации необходима адаптация параметров фильтра к параметрам принимаемого сигнала неизвестной формы, т.е. 45известный фильтр не позволяет обеспечить прием сигналов неизвестной формыс достаточной помехоустойчивостью.Цель изобретения - повышение поме-хоустойчивости приема повторяющихсясигналов неизвестной Формы.Поставленная цель достигается тем,что фильтр, содержащий многоканальный моделятор, информационные входыкоторого являются входом адаптивногофильтра, а управляющие входы подклю-чены к выходам формирователя весовойфункции, введены два сумматора и пороговый элемент, при этом выходы многоканального моделятора подключены 60к входам первого сумматора, и к информационным входам формирователявесовой Функции, управляющий входкоторого соединен через пороговыйэлемент с выходом первого сумматоРа, 65 а выходы - с входами второго сумма- тора,Причем формирователь весовой функ- . ции содержит М каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных ключа, запоминающего блока и амплитудного модулятора.,причем информационные входы ключей являются информационными входами Формирователя весовой функции, управляющие входы ключей объединены и являются управляющим входом Формиро.вателя весовой функции, вторые входы амплитудных модуляторов подключены к выходам задающего генератора, а выходы являются выходами формирователя весовой функции.Нафиг. 1 изображена структурная электрическая схема адаптивного Фильтра; на фиг. 2 в . структурная электри- . ческая схема фврмирователя весовой функции.Адаптивный фильтр (фиг. 1) содержит многоканальный моделятор 1,формирователь 2 весовых функций,. сумматор 3, пороговый элемент 4, сумматор 5, фильтр 6 нижних частот.Фбрмирователь 2 веееовых функций (фиг, 2) содержит задающий генератор 7, амплитудные модуляторы 8, запоминающие блоки 9 и ключи 10.Адаптивный фильтр работает следующим образом.Входной сигнал 0 (1), представляющий собой аддитивную смесь неизвестного повторяющегося сигнала Уе(1) и флуктуационной помехи (шума) 0 п(й)Ц (1) = О (С) + Б(й) поступает на .объединенный информационный вход многоканального моделятора 1.Число используемых каналов моделя- ,тора 1 определяется выражением М =2 Р Т = В,где В - база принимаемого сигнала О (С), Рщ - верхняя частота спектра сигнала Ус(г), Т - длительность сигнала Б (й).На управляющие входы всех М каналов моделятора 1 с соответствующих выходов формирователя 2,подаются напряжения весовых функций. Формирование напряжений весовйх Функций в Формирователе 2 производится следующим образом..С М выходов задающего генератора 7, формирователя 2 на вторые входы соответствующих амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 поступают короткие импульсы постоянной амлитуды (8 -импульсы), длительностью с выбираемой из условия где х - размер одного элемента проЭ.водящего слоя моделятора 1вдоль направления записи весовой функцииИнтервал следования Ь -импульсов на каждом из выходов задающего генератора 2 должен быть не больше дли.тельности.сигнала 0(й 1, причем о -импульсы на 1-м выходе задающего генератора 7 (1=2-Я) смещены относи тельно д -импульсов на (1-1)-м выходе задающего генератора 7 на интервал 41:, определяемой по теореме Котельнйкова3 . Т10дгсВНа вход каждого из амплитудныхмодуляторов 8 Формирователя 2 с соответствующего запоминающего блока 9 5поступает напряжение У,(1) (где.1=3-Я), модулирующее по амплитудеб-импульсов, подаваемяе на амплитудные модуляторы 8 с задающего генератора .7Промодулированные по амплитуде о -импульсы с выходов амплитудных модуляторов 8 Формирователя 2поступают на соответствующие управляющие входы многоканального моделятор.а 1;25В момент включения адаптивногоФильтра на выходе моделятора 1 напряжение и, следовательно, на входесумматора 3, практически равно нулю,т,езаведомо ниже начального.порогового напряжения 0 цр порогового элемента 4. При этом уйравляющее напряжение 04 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи .10 Формирователя 2, управляющие входы которых соединены между собой й подклю- З 5чены к выходу порогового элемента 4,.закрыты, напряжения 0,(1) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 отсутствуют. При этом на управляющиевходы всех М каналов моделятора 1 40поступают йемодулированные 6 -им.,пульсы. Через интервал ТО на выходе .каждого из каналов моделятора 1 появится выходное напряжение 0 .( -Т ),определяемое выражением: . 45вц; о оКгде й - текущий момент отсчета входоного сигнала в 1-м канале 50моделятора, пробегающий всезначения от 0 до Т со .скоростью перемещения весовойфункции по весовому слою1-го канала моделятора 1,пРичем. 1 = йО; + 41,где К - коэффициент пропорциональности, зависящий от типамодулятора 1 и его,конструктивных особенностей,Т - время обработки входного - . д 00сигнала 0 (й) в модуляторе 1. Таким образом, в момент 1; на ва-. ходе всех И каналов моделятора 1 по-. 65явится напряжение 0(о; - То), представляющее собой отсчеты мгновенных значений входного сигнала, взятые через интервал дй . Все М отсчетов входного сигнала с выходов моделятора .1 поступают на сумматор 3, выходное напряжение которого определяется соотношением 0 з = т 0(о,)ХНапряжение 0 з подается на пороговый элемент 4, гдесравнивается с изменяющимся пороговым напряжением Опор (с) = 0 поро+ д 0 поргде 60 аор (й) - составляющая . порогового напряжения, формируемая из сигнала, подаваемого на вход порогового эле- мента 4. В момент включения адаптив- ного фильтра пороговое напряжение 0 ор (1) равно начальному, значению 0 пфреВ течение всего времени приема повторяющегося сигнала 0 о(й) напряжение. 0 , формируемое как сумма отсчетов входного сигнала 04(С), подается на пороговый элемент 4.Это напряженйе ирменяется во времени как за счет изменения уровня входного сигнала 0 с(1), представляющего собой смесь полезного сигнала и шума, так и за счет адаптивного приближения параметров фильтра на модуляторе 1 к оптимальным. Если напряжение 03(1) на выходе сумматора 3 не превышает 0 цор (1), то напряжение 04 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, пороговое напряжение его не меняет-. ся, ключи 10 в формирователе 2 закрыты, напряжения на запоминающем блоке 2 отсутствуют, на управляющие вхо.- ды каналов моделятора 1 и на сумматор 5 подаются немодулированные 6-импульсы. С сумматора 5 немодулированная последовательность 0 -импуль сов, смещенных друг относительно друга на д С,поступает на фильтр 6,. При этом на выходе фильтра б выделится постоянное напряжение, представляющее собой огибающую немодулированной последовательности о -импуль; сов. В том случае, когда напряжение на выходе сумматора 3 превысит пороговое напряжение 0, (й) порогового эле-, мента 4, на выходе появится напряжение 0 ц, отпирающее ключи 10 Формирователя 2, кроме того. в самом пороговом элементе 4 происходит автомати-, ческая регулировка порогового напряжЕния. При отпирании ключей 10 фор-. мирователя 2 на запоминающие блоки 9 формирователя 2 переносятся значения отсчетов входного, сигнала 0 (й) с выхода моделятора 1, модулирующие (в амплитудных модуляторах 8) о -импульсы, поступающие с задающего генератора 7; С выхода амплитудных модуляторов 8: формирователя 2 модулированные по амплитуйе .8 -импульсыподаются на управляющие входы многоканального моделятора 1 на сумматор 5, с выхода которого модулированная по амплитуде последовательность-импульсов поступает на фильтр 6 нижних частот, выделяющий напряжение, пропорциональное огибающей этой последовательности.Если входной сигнал Ис(С) содержит только шум ИП(С), то моменты срабатывания порогового элемента 4 будут совершенно случайными и значения отсчетов входного сигнала, переносимые с выходов многоканального модулятора 1 через ключи 10 в запоминающие блоки 9 формирователя 15 . 2 также будут случайными, В результате напряжения. И,(С) на запоминаю- " щих блоках 9 будут случайно флуктуировать, оставаясь в среднем близкими к нулю. При этом с формирователя 2 20 на управляющие входы моделятора 1 и на сумматор 5 отсчетов выходного сигнала поступают 8 -импульсы,амплитуда которых флуктуирует относительно среднего значения в очень малых пределах. На выходе адаптивного фильтра при этом действует напряжение шума Ивьи п(С) В том случае,.когда входной сигналпредставляет собой сумму напряженийшума И П (,С) и полезного сигналаИС (С), вероятность срабатывания порогового элемента 4 возрастает всвязи с увеличением энергии входного сигнала И(С), следовательно и суммарного напряжения отсчетов входного сигнала И(С), подаваемого напороговый элемент 4.Чем выше отношение сигнал-шум.на входе адаптивного фильтра, тем вероятнее срабатыва-40 ние порогового элемента 4 в моменты появления полезного сигнала Ис(С), Но и при небольших отношениях сигнал-шум срабатывание порогового элемента 4 будет происходит чаще при наличии полезного сигнала на входе адаптивного фильтра, чем при его отсутствии. После нескольких повторений полезного сигнала, вызвавших срабатывание порогового элемента 4, значения напряжений И ;(С) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 приблизятся к зна)(чениям отсчетрв полезного сигнала Это происходит за счет усреднения выбросов напряжений И,(С), вызванных шумами, при накоплении отсчетов входного сигнала на запоминающих блокак 9. Напряжения И (С) модулируют 3 -импульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающего 60 генератора 7. При этом значения напряжений весовых функций, подаваемых с формирователя 2, приближаются к оптимальным, которые соответствуют отсчетам мгновенных значений по лезного сигнала ИсГС), Эа счет,приближения формируемых весовых функций к оптимальным. увеличится частота правильных (при появлении полезного сигнала) срабатываний порогового элемента 4, так как начнет возрастать отклик каждого канала моделятора 1 на полезный сигнал, чтоприведет к увеличению напряжения.И(С) на выходе сумматора 3. Процессадаптации ускорятся. Для одно- .временного уменьшения случайныхсрабатываний порогового элемента 4под действием шума, .в интервалы,.когда полезный сигнал Ис(С) на входе отсутствует, порог срабатывания порогового элемента 4 автоматически увеличивается с увеличением напряжения И 9(С) на выходе сумматора 3.Таким образом, когда, на входном напряжении адайгивного фильтра И (С) нет повторяющегося сигнала Ис(С), происходят случайные срабатывания порогового элемента 4, средние значения напряжений на запоминающих блоках 9 формирователя 2 остаются нулевыми и порог Ч, С) в пороговом элементе 4 сохраняет значение, близкое к .ИпорПри появлении повторяющегося сигнала И(С),процент случайных срабатываний порогового элемента 4 постепенно уменьшается, .напряжение на запоминающих блоках 9 все более приближаются к оптимальным значениям, модулированные этими напряжениями5 -импульсы, подаваемые на сумматор 5, отсчетов выходного сигнала, стремятся к значению отсчетов И полезного сигнала, пороговое напряжение порогового элемента 4 возрастает, а напряжение на выходе фильтра б все точнее повторяет форму полезного сигнала Ис(С), так как представляет собой огибающую совокупности отсчетов полезного сигнала И(С), взятых через интервал А С =Р(б ,что позволяет точно восстановить форму этого сигнала. Таким образом, предлагаемое устройство, адаптируясь к параметрам повторяющегося сигнала неизвестной формы, принимаемого на фоне помех, и автоматически формируя оптимальную весовую функцию, позволяет повысить помехоустойчивость приема этого сигнала.Предлагаемое устройство позволяет обеспечить не только повышение помехоустойчивости приема любых повторяющихся сигналов неизвестной формы путем их оптимальной фильтрации (если известны длительность и верхняя частота спектра сигнала), но и оптимальное обнаружение регулярного сигнала, так как при приближении уровней модулированных о -импульсов1008888 авитель Т. Афанасьеваред А,Бабинец Корректор Г. Ога Редактор Н. Ковалев Тираж 934ИПИ Государственногоо делам изобретений5, Москва, Ж, Рау аказ 2358/ сноеСР В 1130 тетеюттте тте илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная к оптимальнымнапряжение на выходесумматора 3 достигает максимума,соответствующего отклику оптимального обнаружителя. Предлагаемое устройство может найти применение в системах обнару женин, радиоастрономии, радиолокации и радиопеленгации, Время вхож" дения адаптивного фильтра в режим оптимальной фильтрации зависит от отношения сигнал-шум на входе фильт" ра и от частоты повторения входного сигнала.Под комитета открытий ская наб.