Цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо-сигналов

, Р. -1ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯй й ВВЕТЕЛЬСв ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРф 96979 ф кл. Н 03 Н 17/06, 1981(54)(57) ЦИФРОВОЙ СОГЛАСОВАННЫЙФИЛЬТР ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ,по авт,св. В 964979, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью увеличения точности фильтрации, в неговведены п последовательно соединенных блоков фильтрации, вход первогоиз которых подключен к первому выходу коммутатора, и в последовательно соединенных дополнительных блоковуправления фильтрацией, вход первого из которых подключен к выходу блока управления, при этом каждый блок фильтрации состоит из последовательно соединенных блока памяти импульс:ной характеристики, умножителя и сумматора блока задержки кодов, вход которого объединен с входом блока памяти импульсной характеристики и является входом блока фильтрации, а выход подключен к второму входу умножителя, а также блок памяти промежуточных результатов, выход которого подключен к второму входу сумматора, а вход . - к выходу сумматора, выход которого является выходом блока фильтрации, причем управляющиевходы блока памяти импульсной характеристики, блока задержки кодов, сумматора и блока памяти промежуточных результатов объединены и подключены к выходу соответствующего блока уп- Ф равления фильтрацией.Ф1 11046Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в вычислительных устройствахстатистической обработки геоакустических или радиолокационных сигналов.По основному авт.св. У 9649 У 9известен цифровой согласованныйфильтр для импульсных эхо-сигналов,содержащий последовательно соединенные аналого-цифровой преобразова Отель, коммутатор, первый блок памяти,умножитель, сумматор, второй блокпамяти и блок анализа знаков, выходкоторого соединен с вторыми входамивторого блока памяти, умножителя и.сумматора, второй вход объединен свторым входом коммутатора и подключен к выходу первого блока памяти,третий вход объединен с третьим вхо"дом умножителя, первым входом блокауправления фильтрацией и подключенк второму выходу коммутатора, третийвход которого объединен с вторым входом аналого-цифрового нреобразователя, вторым входом блока управленияфильтрацией и первым входом блока записи и подключен к выходу блокауправ-ления, вход которого соединен с выходом блока записи, при этом второйвход блока записи подключен к первому выходу коммутатора, выход второго30блока памяти - к третьему входу сум-.матора, а управляющие входы первогои второго блоков памяти и сумматораобъединены и подключены к вьмодублока управления Фильтрацией 1Оптимальный режим фильтрации длякажцой реализации импульсных эхосигналов в известном Фильтре создается за счет выбора в качестве импульсной характеристики фильтра зондирующего сигнала и перезаписи импульснойхарактеристики при каждомзондировании,Недостатком цифрового согласованного фильтра для импульсных эхо-сигналов является низкая точность Фильтрации при действии на входе коррелированных помех, т.е. в том случае,когда спектры эхо-сигнала и помехиблизки по форме, но отличны по интенсивности.Целью изобретения является увеличение точности фильтрации.Цель достигается тем, что в цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо"сигналов, содержащийпоследовательно соединенные аналогоцифровой преобразователь, коммута 58 1тор, первый блок памяти, умножитель, сумматор, второй блок памяти и блок анализа знаков, выход которого соединен с вторыми входами второго блока памяти, умножителя и сумматора, второй вход объединен с вторым входом коммутатора и подключен к выходупервого блока памяти, третий вход объединен с третьим входом умножителя, первым входом блока управления фильтрацией и подключен к второму выходу коммутатора, третий вход которого объединен с вторым входом аналого-цифрового преобразователя,вторым входом блока управления фильтрацией и первым входом блока записи и подключен к выходу блока управления, вход которого соединен с выходом блока записи, при этом второй вход блока записи подключен к.первому выходу коммутатора, выход второго блока памяти - к третьему входу сумматора, а управляющие входы первого и второго блоков памяти и сумматора объединены и подключены к выходу блока управления фильтрацией, .введены последовательно соединенных блоков фильтрации, вход первого из которых подключен к первому выходукоммутатора, и и последовательно соединенных блоков управления фильтрацией, вход первого из которых подключен к выходу блока управления, при этом каждый блок фильтрации состоит из последовательно соединенных блока памяти импульсной характеристики,умножителя и сумматора, блока задержки кодов, вход которого объединен с входом блока памяти импульсной ха-рактеристики и является входом блока фильтрации, а выход подключен к .второму входу умножителя, а также блокпамяти промежуточных результатов, выход которого подключен к второму входу сумматора, а выход - к выходу сумматора, выход которого является вьмодом блока фильтрации, причем управляющие входы блока памяти импульсной характеристики, блока задержки кодов,сумматора и блока памяти промежуточных результатов объединены и подключены к выходу соответствующего блока управления фильтрацией.На чертеже приведена структурная электрическая схема цифрового согласованного фильтра для импульсных эхосигналов,Цифровой согласованный фильтрсодержит блок 1 управления, аналого3 11046 цифровой преобразователь 2, коммутатор 3 (зондирующего и эхо-сигналов), блок 4 записи, первый блок 5 памяти (зондирующего сигнала), блок 6 анализа знаков, умножитель 7, второй блок 8 памяти (промежуточных резуль 5 татов), сумматор 9, блок 10 управления Фильтрацией, блоки 11-1 - 11- ь Фильтрации, каждый из которых состоит из блоков 12-1 - 12-и памяти им 10 пульсной характеристики 12-1 - 12"и, умножителей 13-1 - 13-п, сумматоров 14-1 - 14-п, блоков 15-1 - 15-и задержки кодов, блоков 16-1 - 16-Ь памяти промежуточных результатов, а15 также блоки 17-1 - 17-и управления фильтрацией.Устройство работает. следующим образом."Первый командный импульс с внешне 20 го устройства, совпадающий по времени с созданием зондирующего сигнала в среде, через убавляющий вход устройства поступает на блок 1 управления, где по его переднему фронту формируются команды управления и запуска. Команда управления поступает на коммутатор 3 и переключает его таким образом, что выход аналого-цифрового преобразователя 2 оказывается подключенным к входам блока 4 записи, блока 12-1 памяти импульсной характеристики и блока 15-1 задержки кодов, первого блока 5 памяти. По команде запуска в блок 1 управления формируются импульсы запуска аналого-цифро- З 5 вого преобразователя 2 с частотой следования. Команда управления поступает также на блок 17-1 управления фильтрацией.Аналоговый сигнал с внешнего уст ройства подается на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 2, в котором по каждому импульсу запуска производится выборка и преобразование текущего значения амплитуды 45 входного сигнала в цифровой код. С выхода аналого-цифрового .преобразователя 2 цифровые коды, сопровождаемые синхроимпульсами, через коммутатор 3 подаются на блок 4 записи и 50 первый блок 5 памяти, в котором производитсяпоследовательная запись цифровых кодов выборок.Время прихода зондирующего сигнала в общем случае неизвестно, поэтому 55 запись входного сигнала в первый блок 5 памяти производится по командному импульсу с внешнего устройства,8 4но ввиду ограниченности числа ячеек необходимо коды выборок зондирующего сигнала записать в первый блок 5 памяти таким образом, чтобы, например, максимальный код выборки амплитуды зондирующего сигнала находился в определенной ячейке первого блока 5 памяти. Для этого в блоке 4 записи производится сравнение кодов выборок входного сигнала, поступивших в данный Б (ш 7) и предыдущий момент 8 Г("-1) 1.При выборе максимального кода входного сигнала, т.е. при условииЗС 1 ЗС фв блоке 4 записи формируется команда, по которой прекращается сравнение кодов и начинается счет синхроим- пульсов, сопровождающих коды. Подсчет синхроимпульсов производится до тех пор, пока их количество не достигнет заранее выбранного числа выборок зондирующего сигнала, расположенных после максимума участвующих в фильтрации эхо-сигналов.По окончании подсчета синхроимпульсов в блоке 4 записи вырабатывается импульс, конца записи зондирующего сигнала, который поступает на блок 1 управления и запрещает формч,рование импульсов запуска аналогоцифрового преобразователя 2.Одновременно с записью в первый блок 5 памяти цифровые коды выборок записываются в блок 12-1 памяти импульсной характеристики и в блок 15-1 задержки кодов, По окончании записи импульсной характеристики, длительность которой Т заранее задана или выбирается в процессе записи зондирующего сигнала, блок 17-1 управления фильтрацией формирует команду на разрешение фильтрации задержанного зондирующего сигнала, ко- торая поступает также на следующий блок 17-2 управления фильтрацией, в котором формируется команда на разрешение записи цифровых кодов в блок 12-2- памяти импульсной характеристики и в блок 15-2 задержки кодов.В общем случае указанная команда, вырабатываемая блоком 17- управления фильтрацией, является командой на разрешение фильтрации. задержанной импульсной характеристики, которая поступает на блок 17-1+1 управления фильтрацией, где формируется команда на разрешение записи цифровых кодов в блок 12- 1 + 1 памяти импульс58 3 11046 ной характеристики,и в блок 15- 1+1 задержки кодов, По команде на разре-. шение фильтрации, вырабатываемой блоком 17-1 управления Фильтрацией, цифровые коды задержанной импульсной характеристики с блока 15- 1 задержки кодов и цифровые коды с блока 12-1 памяти импульсной характеристики поступают на умножитель 13-1, где каждое значение задержанной импульс ной характеристики перемножается (свертывается) со всеми цифровыми кодами, поступающими с блока 12- 1 памяти импульсной характеристики, а полученные произведения подаются 15 на сумматор 14- 1, На сумматоре 14-1 производится сложение текущих значений с промежуточными результатами свертки, которые хранятся: в блоке 16-1 памяти промежуточных ре зультатов. В заданные моменты времени по сигналам управления с блока 17-1 управления фильтрацией, цифровые коды с сумматора 14- 1 поступают на блок 15- 1+1 задержки кодов 25 и блок 12- 1 +1 памяти импульсной характеристики. По окончании записи Цифровых кодов в блок 12- о памяти импульсной характеристики, в каждом одноименном блоке 12- и будут запи- З 0 саны цифровые коды импульсной характеристики длительность которой равна 7; = 2 ", представляющей из себя автокорреляционную функцию импульсной характеристики, записанной в предыдущем блоке памяти импульсной характеристики 12- 1 - 1, Таким образом, в блоке 12-и записана импульсная характеристика, длительность которой равна = 2 , т.е. в 2 раз 40 больше 4 чем длительность зондирующего сигнала, Расширение длительности сигнала ведет к сужению его частотного спектра, поэтому импульсная характеристика цифрового. согласованного фильтра для импульсных эхо-сигналов имеет спектр примерно в 2(раз уже, чем спектр зондирующего сигнала.По второму командному импульсу с внешнего устройства, который по времени упреждает эхо-сигнал, но не должен приходить ранее окончания записи цифровых кодов в блок 12-2 памяти импульсной характеристики, блок 1 управления вновь Формирует команды управления и запуска, По команде управления коммутатор 3 подключен выход первого блока 5 памяти, к своему входу, образуя кольцо из ячеек памяти для циркуляции по ним кодов выборок зондирующего сигнала, и выход аналого-цифрового преобразователя 2 к входам блока 6 анализа. знаков, умножителя 7, блока 10 управления Фильтрацией и блока 15-1 задержки кодов. А по команде запуска в блоке 1 управления формируются импульсы запуска аналого-цифрового преобразователя 2 с прежней частотой следования Е, Команда управления поступает также через блок 17-1 управления Фильтрацией на все последующие одноименные блоки 17-2 - 17-и, в каждом из которых формируются команды управления фильтрацией, одна из которых поступает в блоки 12-1 - 12-п памяти импульсной характеристики, переводя их в режим считьвания информации, запрещая тем самым запись цифровых кодов, поступающих на вход.Аналоговый сигнал с внешнего устройства подается на сигнальный вход аналого-цифрового преобразователя 2, в котором по каждому импульсу запуска производится выборка и преобразование. текущего значения амплитуды входного сигнала в цифровой код. С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 через коммутатор 3 цифровые коды подаются на первый вход умно- жителя 7 и блока 15-1 задержки кодов, знак кода выборки входного сигнала поступает в блок 6 анализа знаков, а синхроимпульсы, сопровождающие цифровой код, на блок 10 управления фильтрацией. В последней по каждому синхроимпульсу вырабатьвается последовательность из (и + 1)-го тактово-.ого импульса, частота следования которых должна быть больше в (и + 1) раз, чем частота импульсов запус"ь 1 т,е. т (ио+ 1)Ез Последовательность тактовых импульсов подается в первый блок 5 памяти, где она используется для цир куляции кодов выборок зондирующего сигнала. Но так как первый блок памяти имеет ио ячеек, а тактовых импульсов (и, + 1), то в каждом цикле запуска аналого-цифрового преобразователя 2 производится "лишний" сдвиг кодов выборок зондирующего сигнала. Такой режим циркуляции облегчает поиск результата фильтрации в каждом цикле запуска, В блоке 10 управления110467ся на сумматор 9 и используется там для вывода результата фильтрации, который в каждом цикле запуска образуется в разные такты ("скользит" по тактам), т.е. в первом цикле он обра зуется. в первом такте, во втором цикле - во втором такте, и т,д., в и-ом цикле - в и -ом такте, а в ( о + 1)- цикле - снова в первом такте, в (ь + 2) -цикле - во втором также иО Те дКроме этого, с блока 10 управления фильтрацией и тактовых импульсов подаются на второй блок 8 памяти, где они используются для записи циф ровых кодов, поступающих на сумматор 9 и знака указанных кодов на блок 6 анализа знаков. В зависимости от знаков кодов выборок входного зондирующего сигнала, а также знака ко да промежуточного результата, блок 6 анализа знаков вырабатывает команды на считывание прямого или обратного кода с умножителя 7 на сумматор 9, с сумматора 9 на второй блок 8 памя ти и со второго блока 8 памяти на суммтор 9.При каждом. цикле запуска код выборки входного сигнала Я (1) постуЬхпает на один из входов умножителя 7 и сохраняется на нем до прихода кода следующего цикла запуска Б(1+1)Г 3. На второй вход умножителя 7 при каждом цикле запуска подаются ь кодов выборок зондирующего сигнала. В умно 35 жителе 7 производится последовательное умножение кода выборок входного сигнала 8(Ж на все о кодов выборки зондирующего сигнала Б (п-К)Т 1 .Парные произведения с выхода ум ножителя 7 подаются на один из входов сумматора 9, на второй вход которого поступают коды промежуточных результатов из второго блока 8 памяти. Промежуточные (частные) суммы 45 парных произведений с выхода сумматора 9 записываются во второй блок 8 памяти, В один из тактов, соответствующий "скользящему" импульсу, код промежуточной суммы выводится с сум О матора 9 на вход устройства, а в этот момент во второй блок 8 памяти записывается нулевой код, т.е. происходит сброс одной из ячеек второго блока 8 памяти.55С выхода аналого-цифрового преобразователя 2 цифровые коды, сопровождаемые синхроимпульсами через коммутатор 3, поступают на блок 15-1 задержки кодов, где они задерживаются на время Т соответствующее длительности импульсной характеристики, записанной в блоке 2-1 памяти импульсной характеристики. После этого, блок 17-1 управления фильтрацией формирует команду на разрешение фильтрации задержанных эхо-сигналов.В общем случае цифровые коды с сумматора 14-1-1 подаются на блрк 15-д задержки кодов, где задерживаются на время, соответствующее длительности импульсной характеристики, записанной в блоке 12- 1 памяти импульсной характеристики, После этого блок 17-1 управления фильтрацией формирует команду на разрешение фильтрации задержанных входных сигналов, поступивших на блок 15- задержки кодов. По указанной команде цифровые коды с блока 15-1 задержки КодОв и цифровые коды с блока 12-1 памяти импульсной характеристики поступают на умножитель 13-1, где каждое значение задержанных входных сигналов перемножается со всеми значениями импульсной характеристики, и полученные парные произведения подаются на сумматор 14-1. На сумматоре 14-производится сложение текущих значений парных произведений с проме куточными результатами сумм парных произведений, которые хранятся в блоке 16-1 памяти промежуточных результатов. Цифровые коды с сумматора 14- 1 поступают в блок 16-1 памяти промежуточных результатов, и в заданные моменты времени по командам с блока 17- 1 управления фильтрацией выдаются на блок 15-+ 1 задержки кодов.Предлагаемое устройство представляет собой многозвенный цифровой согласованный фильтр для импульсных эхо-сигналов. В каждом звене фильтрации импульсная характеристика оказывается согласованной с сигналом, поступающим на вход этого звена.Это позволяет в несколько раз повысить точность фильтрации импульсных эхо-сигналов при малых соотношениях сигнал/помеха и перекрывающихся спектрах сигнала и помехи на входе устрой. ства по сравнению с известнь 1 м устройством.1104658 оставитель Т,Афанасьева ехред Л,Коцюбняк Корр тор Л.Пилипенко едактор Н,Пушненков аз 5321 исно аушская наб. илиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная ТиражИИПИ Государственнопо делам изобретении3035, Москва, Ж,2 По комитета СССР и открытий