Адаптивный фильтр

н 11832508 Союз Советскнх Социвлистическнх РеспубенК(23) Гриорнтет -Государетвеинцй комитет СССР ио делам изобретений н открытийЛенинградский институт авиационного приборостроения(54) ЛЦЛП 1 ИВНЫЙ фИЛ 1 Р 2 Изобретение относится к технике радиолокации и может использоваться в системах с использованием принципов отражения радиоволн от облучаемого объекта с целью обнаружения объекта, определения дальности или относительной скорости его движения.Известен адаптивный фильтр, содержащий блок выборки, й выходов которого соединены с соответствующими й входами обеляющего фильтра, ведомый фильтр, й входов которого соединены с соответствующими й выходами источника ожидаемого сигнала, а входы регулирования соединены с соответствую шими регулирующими выходами обеляющего фильтра, и блок перемножения 11Однако, известный адаптивный фильтр имеет низкую помехозащищенность и очень сложен. 20Цель изобретения - увеличение помехозащищенности и упрощение устройства.Для этого в адаптивный фильтр, содержащий блок выборки, й выходов ко торого соединены с соответствующими й входами обеляющего фильтра, ведол . мый Фильтр, й входов которого соединены с соответствующими й выходами источника ожидаемого сигнала,а входы регулирова ния соединены с соответствующими регулирующими выходами обеляющего фильтра, и блок перемножения, введены первый и второй блоки нормирования, при этом й выходов обеляющего фильтра соединены с первыми й входами блока перемножения через первый блок нормирования, й выходов ведомого фильтра соединены с вторыми й входами блока перемножения через второй блок нормирования, а й регулирующих выходов первого блока нормирования соединены с й входами регулирования второго блока нормирования.При этом обеляющий фильтр содержит й, каналов, выполненных в виде последовательно включенных автокомпенсаторов, число которых на единицу меньше номера канала, при этом выход каждого канала соединен с вторыми входами тех автокомпенсаторов других каналов, номер которых (автокомпенсаторов) совпадает с номером указанного выше канала, а й входами, й выходами и регулирующими выходами обеляющего фильтра являются соответственно первые входы первых автокомпенсаторов каждого из каналов, выходы последних автокомпенсаторов каждого из каналов, и вторые выходы всех автокомпенсаторовканала, разделенные на столбцы (4, 4, 4), ведоьый фильтр 5, содержащий четыре канала б, выполненные в виде последовательно включенных регуляторов 7, число которых на единицу меньше номера канала, разделенные на столбцы (7, 7, 7 З), источник 8 оаидаемого сигнала, блок 9 перемножения, первый блок 10 нормирования, содержащий четыре канала 11, каждый из которых состоит из элемента 12 нормирования, второй блок 13 нормирования,содержащий четыре канала 14, каждый из которых состоит из усилителя 15. Кроме того, автокомпенсатор 4 (фиг. 2) состоит из коррелятора 16, усилителя 17 и сумматора 18, а регулятор 7 (фиг. 3) состоит из усилителя 19 и сумматора 20.Адаптивный фильтр работает следующим образом.Хорошо известно, что оптимальная обработка при обнаружении известного сигнала на фоне окрашенного шума определяется выражением При этом регулятор содержит последовательно включенные усилитель и сумматор, при этом первым и вторым и третьим входами и первым и вторым 50 выходами регулятора являются соответственно второй вход сумматора, первый и второй входы усилителя и выход сумматора.На фиг. 1 представлена. структуРная у электрическая схема предлагаемого адаптивного фильтра в случае Ма 4, на фиг. 2 - вариант выполнения.автокомпенсатора, на фиг. 3 - вариант выполнения регулятора.ФАдаптивный фильтр содержит блок фО 1 выборки обеляющий фильтр 2, Состоящий из четырех каналов 3, выполненных в виде последовательно включенных автокомпенсатороч 4, число которых на единицу меньше номера65 каждого из каналов, причем вход и выход первого канала соединены между собой.Кроме того, ведомый фильтр содержит М каналов, выполненных в виде последовательно включенных регуляторов, число которых на едйницу меньше номера канала, при этом выход каждого канала соединен с вторыми входами тех регуляторов других каналов, номер которых (регуляторов) совпадает с номером указанного выше канала, а М .входами регулирования и выходами ведомого фильтра являются соответственно первые входы первых регуляторов каждого из каналов, третьи входы всех регуляторов каждого из 15 каналов и выходы последних регуляторов каждого из каналов, причем вход и выход первого канала соединены меж" ду собой.При этом первый блок норМирования щ содержит М каналов, каждый из которых содержит элемент нормирования, при этом М входами, М выходами и М регулирующими выходами первого блока нормирования являются соответственно входы, первые и вторые выходы элементов нормирования всех каналовПричем второй блок нормирования содержит М каналов, каждый из которыхсодержит усилитель, при этом М входами, М входами .регулирования и М вы- ЗОходами второго блока нормирования являются соответственно первые и вторыевходы и выходы усилителей всех каналов.Кроме того, автокомпенсатор со держит последовательно включенныекоррелятор, усилитель и сумматор,выход которого соединен с первымвходом коррелятора, второй вход коррелятора соединен с вторым входом усиОлителя и является вторым входом автокомпенсатора, первым входом и первым и вторым выходами которого явля-.ются соответственно второй вход сумматора, выход сумматора и выход коррелятора. С- Н Н 5 5 ТН Н В+Х (1) где Л - порог обнаружения,5 - вектор выборок напряжений ожидаемого сигнала,вектор выборок напряженийвходного случайного процесса,О - матричная импульсная характеристика обеляющего фильтра,выходное напряжение согласованного фильтра-.Левую .часть выражения (1) можносформировать иа практике различнымипутями. Первый из них - это использование обеляющих фильтров с импульснойхарактеристикой Нщ, применяется в известном устройстве и предлагаемом.Второй - реализуется в ранее известном устройстве.В нем реализуется обработка вида(И где- импульсная характеристика оптимального фильтра, равная Т Н Н 5=05а Ц - матрица, обратная ковариационной матрице окрашенного шума.Как видно из (2) импульсная характеристика предлагаемого оптимального Фильтра зависит от корреляционных ."вайств окрашенного шума.Причем на практике эти свойства априори неизвестны. Поэтому для построения обнаружителя известного сигнала на фоне .окрашенного шума необходимо, чтобы импульсная характеристика оптимального фильтра. автоматически подстраивалась пад статические характеристики окрашенного шума, т.е. чтобы Фильтр был адаптивным.Рассмотрим подробнее работу предлагаемого адаптивного Фильтра. Хоро832508 шо известно, что обеляющий фильтр - это такой фильтр, который осуществляет преобразование вектора выборок напряжений окрашенного шума=,11 в вектор выборок белого шума 1 = ,т е. таких 5 выборок, ковариационная матрица которых определялась бы выражением Ь 2 "Э3 31 114-К 41 Ч= И,.(Э) где И Г- означает статистическое ос реднение, а 1 - единичная матрица.Иными словами, условие (3) показывает, что выборки напряжений, взятые из различных каналов адаптивного фильтра,. некоррелированы. Учитывая это обстоятельство, мы может из выборок напряжений, ,сформировать выборки белого шУма 118 с помощью известной процедуры ортогонализации Грама-Шмидта, имеющий следующий вид В 14 ч мМ 4 1 мв1 мР 1 1 Чз= Йз "эА"зги1 И= -7. К),-,Ч 1 25 Весовые коэффициенты Копределяются из условия взаимной некоррелированности напряженийи)и 1)1=О при 1 Ф и )=1,2 М 35 и равнй 40 А коэффициенты КЭ и К 4 необходимоЭг.выбрать равными1 ъ "х 1."з вТ%пПм, .,Таким образом, усилители 17 вторых автокомпенсаторов 4 з. должны иметь коэффициенты усиления КЭ и К 4, получаемые на выходах корреляторов 16, на первый вход которых поступает значение, а на вторые входы 1) и 1)4. НаЯ фпряжения 1 зи 94 используются в качест- ве входных для третьих автокомпенсаторов 4 третьего столбца всех каналов.ЪЗадачей их является получение напряжения 114 иэ 94 по формуле,14 =4-1 .4 З 11 о)которое бы было некоррСлированным с Из последней формулы видно, что коэффициенты К представляют собой коэффициентй регрессии соответствующих величини. Хорошо известно, что адаптивное определение 45 неизвестных коэффициентов регрессии можно осуществлять устройством с корреляционной обратной связью, а именно автокомпенсатором 4,50На фиг. 1 схематически изображена работа устройства на примере четырехканального адаптивного фильтра. В случае, когда на входе блока 1выборки присутствует напряжение окрашенного шума, на его выходах Формируются 4-е выборки напряжений,которые попарно коррелированы междусобой. При этом начинают работатьпервые автокомпенсаторы 41 первого 60столбца всех каналов обеляющегофильтра. Их задача состоит в том,чтобы входные напряжения были некоррелированы с напряжением первогоканала, т.е. с 1 1= 1 65 Таким образом, первые автокомпенсаторы 4 всех каналов должны осу" ществить операцию Чтобы 1,и а,з были некорре ированы с ), = Й, необходимо выбрать1коэффициенты Это означает, что усилители 17, входящие в состав автокомпенсаторов 4, должны иметь коэффициенты усиления К 1, Кэл и К, . Их подстройка осуществляется с помощью корреляторов 16, на первый вход которых посту пают значения с выходов соответствую щих сумматоров 18. Напряжения ф б ие,4 используются в качестве вход нйх для вторых автокомпенсаторов 4 второго столбца всех каналов, которые должны обеспечить некоррелированность своих выходных напряжений 9 Э и 1)4 с напрякениемиНо мы уже обеспечили некоррелированность напРЯжений л с ,зи ,4Поэ. тому необходимо, чтобы 1 би 1)4 были не: коррелированы с-- Ю, . Эти значения получаются из з иУ по формулами (.Для того, чтобы это условие выполнялось, необходимо, чтобы коэффициент усиления усилителя 17 был равенмМ 43 мСН 3 Ч 1Эта величина получается на выходе коррелятора, на один вход которого пос-г тупает величина ЧЪ а на второй вход г 4Таким образом с помощью предлагаемого адаптивного фильтра автоматически осуществляется ортогонализация напряжений,и ф.10Ковариационная матрица выходных напряжений гл, г, гз, г 4 имеет диагональный вид и, чтобы напряжение шума на выходах адаптивного фильтра имело единичные дисперсии, необходимо каж-. 15 дую из компонент отнормировать, что и достигается с помощью блока 10 нормирования в каждом из каналов обеляющего фильтра.Из алгоритма обнаружения (1) сле дует, что в схеме адаптивного Фильтра необходим еще один Фильтр, импульсная характеристика у которого такая же, как и у рассмотренного обеляющего фильтра совместно с первым блоком нормирования, а напряжения с его выходов скалярно перемнокаются с выходными напряжениями первого блока нормирования в блоке 9 перемножения.Этот фильтр, включающий в себя ведомый фильтр 5 и второй блок 13 нормирования, должен иметь коэффициенты передачи регуляторов ведомого фильтра и усилителей второго блока нормирования точно такие как соответствующие коэффициенты передачи автокомпенсато- З 5 ров обеляющего фильтра 2 и элементов нормирования первого блока 10 нормирования.Поэтому для регулировки значений коэффициентов усиления усилителей в 40 регуляторах ведомого Фильтра 5 используются напряжения со вторых выходов соответствующих автокомпенса" торов обеляющего фильтра, а для регулирования усилителей второго бло ка нормирования - напряжения с регулирующих выходов соответствующих элеглентов нормирования первого блока нормирования.Предлагаемый адаптивный фильтр 5 О может быть полезным при решении задачи измерения параметров, различЕ- ния и классификации сигналов на фоне окрашенного шума.55формула изобретения 1. Адаптивный Фильтр, содержащий блок выборки, й выходов которого соединены с соответствующими й входа ми обеляющего фильтра, ведомыйфильтр, й входов которого соединены с соответствующими й выходами источника ожидаемого сигнала, а входы регулирования соединены с соот ветствующими регулирующими выходами обеляющего фильтра, и блок перемножения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения помехозащиценности и упрощения устройства, введены первый и второй блоки нормирования, при этом й выходов обеляющего фильтра соединены с первыми М входами блока перемножения через первый блок нормирования, М выходов ведомого фильтра соединены с вторыми М входами блока перемножения через второй блок нормирования, а й регулирующих выходов первого блока нормирования соединены с М входами регу-. лирования второго блока нормирования.2Фильтр по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что обеляющий фильтр содеркит М каналов, выполненных в виде последовательно включенных автокомпенсаторов, число которых на единицу меньше номера канала, при этом выход каждого канала соединен с вторыми входами тех автокомпенсаторов других каналов, номер которых (автокомпенсаторов) совпадает с номером указанного выше канала, а М входами, й выходами и регулирующими выходами обеляющего фильтра являются соответственно первые входы первых автокомпенсаторов каждого из каналов, выходы последних автокомпенсаторов камкдого из каналов и вторые выходы всех автокомпенсаторов каждого из каналов, причем вход и выход первого канала соединены между собой.3. Фильтр ио п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ведомый фильтр содержит й каналов, выполненных в виде последовательно включенных регуляторов, число которых на единицу 1 меньше номера канала, при этом выход каждого канала соединен с вторыми входами тех регуляторов других каналов, номер которых (регуляторов) совпадает с номером указанного выше канала, а й входами регулирования и выходами ведомого фильтра являются соответственно первые входы первых регуляторов каждого из каналов, третьи входы всех регуляторов каждого из каналов и выходы последних регуляторов каждого из каналов, причем вход гг выход первого канала соединены одежду собой.4. Фильтр по п. 1, о т л и ч а - ю щ и й с я тегл, что первый блок нормирования содержит й каналов, каждый из которых содержит элемент нормирования, при этом й входами, М выходами и Й регулирующими выходами первого блока нормирования являются соответственно входы, первые и вторые выходы элементов нормирования всех каналов.5. Фильтр по п. 1, о т л и ч а - и щ и й с я тем, что второй блокго 832508 Подписное НИИПИ Заказ 3745/74 Тираж Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектн нормирования содержит й каналов, каждый из которых содержит усилитель, при этом й входами, И входами регулирования и й выходами второго блока нормирования являются соответственно первые и вторые входы и выходы усилителей всех каналов.6. Фильтр по п. 2, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что автокомпенсатор содержит последовательно включенные коррелятор, усилитель и сумматор, выход которого соединен с первым входом коррелятора, второй вход коррелятора соединен с вторым входом усилителя и является вторым входом автокомпенсатора, первым входом и первым и вторым выходами которого являются соответственно. второй вход сумматора, выходсумматора и выход коррелятора.7. Фильтр по и. 3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что регулятор содержит последовательно включенные усилитель и сумматор, при этом первыми вторым и третьим входами и первыми вторым выходами регулятора являютсясоответственно второй вход суыюатора,первый и второй входы усилителя иО выход сумматора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СНА Р 3668702,кл. 343-5, опублик. 06.06,72.