Адаптивный фильтр

(19) (11) 01(5) Н 0 3ОСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ)ТИЙ Я. БР ИСА ЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКОМ инлече"еления 300379/18-092.06.815.09.83. Бюл. М 34(54)(57) АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержа.щий последовательно включенные первый сумматор, первый вход которогоявляется первым входом устройства,а второй вход соединен с выходомпервого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первыйвход которого соединен с выходомвторого перемножителя, последователЬно включенныетретий сумматор и втоРрую линию задержки, последовательновключенные четвертый сумматор, первый вход которого объединен с первымвходом третьего перемножителя, ключ,управляющий вход которого соединенс выходом блока управления, а выходс первыми входами первого.и второгоперемножителей, и постоянное запоМи-нающее устройство (ПЗУ), первый,второй и третий выходы которого сое-динены с вторыми входами соответственно первого, второго и третьегоперемножителей, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышенияэффективности выделения сигналоа наФоне помех с неизвестной степеньюкорреляции и неизвестной допплеровской Фазой, в него введены дополнительные сумматоры, дополнительныеперемножители, дополнительные линиизадержки, дополнительный ключ,накопители, квадраторы, блок извния квадратного корня, блоки ди формирователь адреса, при этом первый дополнительный перемножнтельи первый дополнительный сумматорвключены последовательно между выходом первой линии задержки и вторымвходом второго сумматора, выход которого соединен с первым входомтретьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу третьегоперемножителя, второй дополнительный перемножитель и второй дополнительный сумматор включены последовательно между выходом второй линиизадержки и вторым входом четвертогосумматора, третий дополнительныйсумматор, первый вход которого является вторым входом устройства, перваядополнительная линия задержки, тре- Ятий дополнительный перемножитель,четвертый дополнительный сумматор,пятый дополнительный сумматор, шестой дополнительный сумматор, вторая Сдополнительная линия задержки, четвертый дополнительный перемножитель, Яседьмой дополнительный сумматор,восьмой дополнительный сумматор идополнительный ключ, управляющийвход которого соединен с выходом бло-.ка управления, включены последова-, фтельно, пятый дополнительный Ъерем(ножитель включен между выходом пер- Ювой линии задержки.и вторым входомчетвертого дополнительного сумматора, шестой дополнительный перемножитель включен между выходом первой 1 фдополнительной линии задержки и вторым входом первого дополнительногосумматора, седьмой дополнительныйперемножитель.включен между выходомвторой линии задержки и вторым входом седьмого дополнительного сумматора, восьмой дополнительный перемножитель включен между выходом второй дополнительной линиизадержки ивторым входом второго дополнительного сумматора, междувыходом дополнительного ключа и вторым входомтретьего до 8 олнительного сумматора10421 бЗ нключен девятый дополнительный перемножитель, второй вход которогосоединен с первым выходом ПЗУ, между выходом дополнительного ключа ивторым входом пятого дополнительногосумматора включен десятый дополнительный перемножитель, второй входкоторого соединен с вторым выходомПЗУ, .к второму входу шестого дополнителвнога сумматора подключен,выход одиннадцатого дополнительногоперемножителя, первый нход которогообъединен с первым входом третьегодополнительного сумматора и с вторымвходом восьмого дополнительногосумматора, а второй вход соединенс третьим выходом ПЗУ, двенадцатыйдополнительный перемножитель, первыйвход которого объединен с первымвходом первого сумматора и нторыМвходом третьего перемножителя, девятый дополнительный сумматор, первыйнакопитель и первый блок делениявключены последовательно, причемвыход первого блока деления соединенс вторыми входами первого, второго,.третьего и четвертого дополнительных перемножителей, тринадцатый дополнительный перемножитель, первыйвход кбторого объединен с первымвходом третьего дополнительного сумматора, десятый дополнительный сумматор, второй накопитель, второйблок деления включены последовательно, причем выход второго блока деления соединен с вторыми входами пя"того, шестого, седьмого и восьмогодополнительных перемножителей, выход четырнадцатого дополнительногоперемножителя подключен к второму 1Изобретение относится к радио.технике и может быть использовано в радиоприемных устройсзвах когерентной обработки сигналов на фоне коррелированных помех.5 Известен рекурсивный фильтр, содержащий синхронизатор, блок управления, первый и второй блоки памяти весовых коэффициентов, первый, второй, третий, четвертый и пятый весовые блоки, первый, второй и третий сумматоры, первый и второй блоки задержки, а каждый весовой блок состоит из регистра числа и перемножи теля. Длительность переходных процессов в этом фильтре небольшая, и уже при объеме выборки и Ъ 5 практически достигается установившийся режим 11. 3 2 О входу десятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом третьей дополнительной линии задержки и с пернЬм входом первого сумматора, ныход пятнадцатого дополнительного перемножителя подключен к второму входу девятого дополнительного сумматора, а первый вход объединен с входом четвертой дополнительной линии, задержки и с первым входом третьего дополнительного сумматора, выход первого накопителя через первый кнадратор соединен с первым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход второго накопителя через второй квадратор - с вуорым входом одиннадцатого дополнительного сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключен к вторым входам первого и второго блоковделения и к первому входу третьего блока деления выход третьей дополнительной линии задержки соединен с вторыми входами двенадцатого и тринадцатого допол" нительных перемножителей и через третий кнадратор с первым входом двенадцатого дополнительного сумма. тора, выход четвертой дополнительной линии задержки соединен через инвертор с вторыми входами четырнадцатого и пятнадцатого дополнительных перемножителей и через четвертый квадратор с вторым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход которого через последовательно соединенные третий накопитель, .третий блок деления и формирователь адреса подключен к входу ПЗУ. 2Однако в условиях нестационарныхпомех эффективность указанного фильтра достигается недостаточно высокой,а при значительных допплеровскихфазовых сдвигах спектра флюктуацийпомехи фильтр не эффективен. Крометого,в процессе установления режимав нерекурсивной его части на выходфильтра поступают нескомпенсированные выборки помехи, повисающие вероятность ложных тревог.Известен рекурсивный фильтр, .содержащий первый, второй, третий ичетвертый сумматоры, первую и вторуюлинки задержки, первый, второй итретий перамножители, ключ, блокуправления и постоянное зайоминающееустройство (ПЗУ) 2 3,Известный фильтр обладает неболь"шой длительностью переходного процесса, что позволяет уже при объеме выборки Н ) 5 практически достигать установившегося режима, однако в услониях помех с априорно неизвестными и изменяющимися корреляционными свойствами эффективность данного 5 фильтра оказывается невысокой, а при значительных допплеровских.фазовых сДвигах спектра флюктуаций помех спектральные составляющие попадают в полосу пропускания фильтра и мас кируют полезные сигналы.Цель изобретения - понышение эффективности выделения сигналов на фоне помех с неизвестной степенью корреляции и неизвестной допплеровской фазой. Для достижения цели в адаптинный фильтр, содержащий последовательно включенные первый сумматор, первый вход которого является первым входом 20 устройства, а второй вход соединен. с выходом первого перемножителя, и первую линию задержки, второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом второго перемножителя, 25 последовательно включенные третий сумматор и вторую линию задержки, последовательно включенные четвертый сумматор, .первый вход которого объединен с первым входом третьего ЗО перемножителя, ключ, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, а выход - с первыми входами первого и второго перемножителей, и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), первый, второй и третий выходы которого соединены с вторыми входами соответственно первого, второго и третьего перемно- . . аителей, введены дополнительные сумматоры, дополнительные перемножите- фО ли, дойолнительные линии задержки, дополнительный ключ, накопиели, квадраторы, блок извлечения квадратного корня, блоки деления и формирователь адреса, при этом первый до- .45 полнительный,перемножнтель и первый дополнительный сумматор включены последовательно меаду выходом первой линии задераки и вторым входом второго сумматора, выход которого сое у) динен с первым входом третьего сум-. матора, второй вход которого подклю 4чен к выходу третьего переИножителя второй дополнительный перемноаитель и второй дополнительный сумматор включены последовательно между выхо дом второй линии задержки и вторым входом четвертого сумматора, третий дополнительный сумматор, первый вход которого является вторым входом уст ройства, первая дополнительная линий о задераки, третий дополнительный перемноаитель, четвертый дополнительный сумматор, пятый дополнительный сумматор, шестой дополнительный сумматор, вторая дополнительная линия 65 задержки, четвертый дополнительный перемножитель, седьмой дополнительныйсумматор, восьмой дополнительныйсумматор и дополнительный ключ, управляющий вход которого соединен свыходом блока упранления, включеныпоследовательно, пятый дополнительныйперемножитель включен между выходомпервой линии задержки и вторым входомчетвертого дополнительного сумматора, шестой дополнительный перемножитель включен между выходом первойдополнительной линии задержки и вто.рым входом первого дополнительногосумматора, седьмой дополнительныйперемножитель, нключен между выходомвторой линии задержки и вторым входомседьмого дополнительного сумматора,восьмой дополнительный перемножительвключен между выходом второй дополнительной линии задержки и вторымвходом второго дополнительного сумматора, между выходом дополнительного ключа и вторым входом третьегодополнительного сумматора включендевятый дополнительный перемножитель,второй вход которого соединен с первым выходом ПЗУ, между выходом дополнительного ключа и вторым нходомпятого дополнительного сумматоравключен десятый дополнительный перемножитель, второй вход которогосоединен с вторым выходом ПЗУ, к второму входу шестого дополнительногосумматора подключен выход одиннадцатого дополнительного перемножителя,первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительногосумматора и с вторым входом восьмогодополнительного сумматора, а второйвход соединен с третьим выходом ПЗУ,двенадцатый дополнительный перемноаитель, первый вход которого объединен с первым входом первого сумматора и,вторым входом третьего перем"ножителя, девятый дополнительныйсумматор, первый. накопитель и первыйблок деления включены последовательно, причем выход первого блока деления соединен с вторыми входамипервого, второго, третьего и четвертого дополнительных перемножителей,тринадцатый дополнительный перемноаитель, первый вход которого объединен с первым входом третьего дополнительного сумматора, десятый дополнительный сумматор, второй накопитель, второй блок деления включеныпоследовательно, причем выход второго блока деления соединен с вторымивходамипятого, шестого, седьмогои восьмого дополнительных перемноаителей, выход четырнадцатого дополкительного перемноаителя подключенк второму входу десятого дополнительного сумматора, а первый входобъединен с входом третьей дополнительной линии задержки и с первымвходом первого сумматора, выход пят 104216340 45 50 55 При совпадении положения антенного луча с кромкой облака пассивных помех комплексные отсчеты первого и второго отраженных импуль 60 сов поступают на входы адаптивного Фильтра. В течение времени =0-2 Тд ключи 41 и 42 разомкнуты, сигнал на выходе Фильтра отсутствует, а входные величины записываются в линиях 65 надцатого дополнительного перемножителя подключен к второму входу де"вятого дополнительного сумматора,а первый вход объединен с входомчетвертой дополнительной линии задержки и с первым входом третЬегодополнительного сумматора, выход перного накопителя через первый квадратор соединен с первым входом одиннадцатого дополнительного сумматора,выход второго накопителя через вто-(Орой квадратор - с вторым входомодиннадцатого. дополнительного сумматора, выход которого через блок извлечения квадратного корня подключенк вторым входам первого н второго 5блоков деленияи к первому входутретьего блока деления, выход третьей дополнительной линии задержкисоединен с вторыми входами двенадцатого и тринадцатого дополнительныхперемножителей и через третий квадратор с первым входом двенадцатогодополнительного сумматора, выходчетвертой дополнительной линии задержки соединен через инвертор с.вторыми входами четырнадцатого и пят"надцатого дополнительных перемножителей и через четвертый квадраторс вторым входом двенадцатого дополнительного сумматора, выход которого через последовательно соединенныетретий накопитель, третий блок деления и формирователь адреса подключенко входу ПЗУ.На чертеже представлена структурная схема предлагаемого адаптивного . 35фильтра.Адаптивный фильтр содержит сумматоры 1 - 4, дополнительные сумматоры 5 - 16, перемножители 17, 18 и19, дополнительные перемножители20 - 34, линии 35 р 36 задержки,дополнительные линии 37 - 40 задержки, ключ 4, дополнительный ключ 42,накопители 43, 44 и 45, квадраторы46 - 49, блок 50 извлечения квадратного корня, блоки 51 - 53 деления,постоянное запоминающее устройство(ПЗУ) 54, Формирователь 55 адреса,инвертор 56, блок 57 управления,состоящий иэ опорного генератора 58,делителей 59 и 60 частоты, счетчика61 импульсов, дешифратора 62, триггера 63, накопитель 43 (44, 45) содер-жит (к) элемент задержки и сумматор на 1 входов,Адаптивный Фильтр работает следующим образом. 35 - 37 задержки, Начиная с третьего шага обрабатываемой пачки, блок 57 управления вырабатывает активный потенциал, замыкающий вход и выход ключей 41 и 42. К этому времени на выходах сумматоров 4 и 12 образуются величины декоррелированных остатков помехи, соответствующие выходной величине нерекурсивного фильтра 2-го порядка. Поступление скомпенсированной величины в обратные, связи на перемножители 17, 18, 28 и 29 приводит к дополнительной компенсации помехи напоследующих шаГах выборки. При дальнейшей обработке поступающей последовательности в образовании сумм величин на выходах сумматоров 4 и 12 участвуют величины, прошедшие предварительную обработку в сумматорах 1 и 7, 2 и 9, 3 и 10, в сумматорах 5 и 8 и перемножителях 20, 22, 24 и 25, в сумматорах 6, 11 и в перемножителях 21, 23, 26 и 27 и взвешенные в перемножителях 17 и 28, 18 и 29, 19 и 30.Одновременно с поступлением в сумматоры 1 и 7, 3 и 10, 4 и 12 комплексные отсчеты отраженной последовательности поступают на линии 39 и 40 задержки,перемножителя 31-34,Обычно, ввиду значительного превышения мощности помеху над мощностью сигнала цепи эта последовательность практически представлена только помехой, а ее комплексные проекции равны Ч,=х +сз. =О ехрЩЧ+ЧЦ,гдедопплеровский сдвиг фазы помехи .за период повторения. Тогда на выходах блоков 51 и 52 деления определяется оценка комплексной величины е, а на выходе блока 53 деления оценка модуля коэффициента междупериодной корреляциипомехи.При этом на выходах сумматоров 13 и 14 образуются произведениями Оф33 ъ где операцию комплексного сопряжения задержанных в линиях 39 и 40 задержки величин осуществляет инвертор 56, меняющий знак проекцийна противоположный, Комплексные проекции произведений усредняются в стробе по % элементам дальности в накопителях 43 и 44, а объем оОучающей выборки х выбирается исходя иэ необходимой точности оценки:ели р, обеспечивающей требуемую эфФективность подавления помех. Блоки 46, 47 и 15 вычисляют квадрат модуля комплексной величины, в блоке 50 вычисляется квадратный корень поступающих на него величин, определяетсяэмодульу )после чегоЕ: ( 1-( ф )на выходах блоков 51 и 52 деления образуется величина1042163 После вычисления квадрата модуля н квадраторах 48 и 49 и сумматора 16 и накопления в накопителе 45к величин образуется суммаМ,е) На выходе блока 53 деления вычисляется оценканр= Сч чгЕ: 3-1,Ю ,Е е:1 ,е Таким образом, осуществляется поворот Фазы выходных комплексных1величин линий 35 - 38 задержки на угол, равный оценке допплеровской фазы выборки помехи , в результате выборка помехи попадает в зону режекции характеристики. фильтра. Значениеоценки у участвует в формировании команды адреса,.вырабатываемой. формирователем 55 адреса для управления ПЗУ 54. По этой команде в ПЗУ 54 выбираются те группы иэ трех пред" варительно рассчитанных весовых коэффициентов для взвешивания комплексных величин в перемножителях 17 - 19 .и 28 - 30, которые обеспечивают наилучшее выделение сигналов цепей на фоне помех с определенными корреляционными свойствами. Синхронную работу во времени блоков адаптивного фильтра и узлов системы в целом (не показаны) осуществляет блок 57 управления. Другая его функция состоит в том, чтобы сформировать сигнал управления ключами 41 и 42, Опорный генератор 58 вырабатывает непре-, рывную последовательность синхроимпульсов Озс периодом Т, обеспечи-. вающих считывание информации в линиях задержки 35 - 40, в накопителях 43 45 и ПЗУ 54 на каждом иэ (, элементов разрешения по дальности. На выходе первого делителя 59 частоты образуетдя последовательность импульсов с периодом Тя=ЬТ 4, определяющим частоту излучения. Во втором делителе 60 частоты происходит понижение частоты до значения 1/Т . На выходахдешифратора 62 в соответствии созначением кода числа импульсов,поступающих на.информационный входсчетчика 61, появляются единичные5 потенциалы. На третьемшаге последоватедьности потенциал с первоговыхода дешифратора 62 переводит триггер 63 из. нулевого в единичное состояние которое остается неизменнымдо момента времени М Т( Й - числоимпульсов в пачке зондирующего сигнала), когда со второго выхода дещифратора 62 появляется. потенциал,обнуляющий триггер 63. Причем числоразрядов М счетчика 61 определяется,значением МЭфФективность предложенного фильтра характеризуется коэффициентомулучшения отношения сигнал/(помеха+Р.ЪЩ/Ъ,-6 Рга(а" (ЯМЗ)Сггде 0, - й - мерный вектор-столбецкоэффициентов импульснойхаРактеРистики фильтРа;Р ,Й-Й - мерные корреляционныематрицы сигнала и помехисоответственно;Э- мерная единичная матрица;с(, - отношение, сигнал/(помеха+ЗО шум) на выходе фильтраи на входе.Группы весовых коэффициентов Ь,Ь, 4 (соответственно первый, второйи третий выходы ПЗУ 54) рассчиты 35.ваются из условия максимизации коэффициента улучшения в диапазоне одно,значного изменения допплеровскойфазы сигнала и записываются по соответствующему адресу матрицы ПЗУ 54.4 р Таким образом, предлагаемый адаптивный фильтр существенно повышает .эффективность выделения сигналовпо сравнению с прототипом на фонепомех с неизвестной степенью корреля 45 ции и неизвестной допплеровский фаэрй.