Цифровой автокоррелятор

(5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОП ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКО ИДЕТЕЛ ЬСТВУ(54) ЦИФРОВОЙ АВТОКОРРЕЛЯТОР (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для использования в разнесенных радиолокационных системах для измерения авто- корреляционной функции сигналов поставщиков активных помех, Цель изобреИзобрете матики и выч назначено для радиолокацио аетокорреляц становщиков носится к ольной техньзовано в ристемах дли функции сых помех. иео сли бласти автоики и предазнесенных я измерения игналов поиспо нных ионна актив я - расширение функ остей коррелятора пу оплеровской частоть ль достигается тем, что тор, содержащий генеульсов, регистр сдвига, единены с соответствуремножителей, выходы с входами соответствух сумматоров, выходы с выходами автокорреЦель изобретен циональных возмож тем определения д исследуемого сигналПоставленная це в цифровой корреля ратор тактовых имп выходы которого со ющими входами пе которь:; соединены ющих накопительнь которых соединены тения - расширение функциональных возможностей коррелятора за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала. Для этого в цифровой автокоррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, регистр сдвига, М перемножителей и М накапливающих сумматоров, дополнительно вводятся элемент ИЛИ, блок элементов ИЛИ, элемент И, два делителя, блок делителей, блок аналого-цифровых преобразователей, блок элементов И, частотный анализатор и триггер, что позволило определять доплеровскую частоту исследуемого сигнала и этим расширить функциональные возможности коррелятора, 2 з,п. ф-лы, 2 ил,лятора дополнительно введены блок аналого-цифровых преобразователей, блок эле-, а ментов И, два элемента ИЛИ, два делителя, 0 р анализатор, элемент И, блок делителей и триггер, 3-вход которого соединен с входом запуска автокоррелятора, с вторым входом второго элемента ИЛИ и с входом обнуления первого и второго делителей, й-вход - 4 с выходом второго делителя, а прямой вы- Я ход - с вторым входом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с счетным входом блока делителей, вход обнуления которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с входом второго делителя с входом записи анализатора и с выходом первого делителя, вход которого соединен с выходом такта блока делителей, выходыкоторого соединены с синхровходами анализатора и с синхровходами блока аналогоцифровых преобразователей, вход которогосоединен с входом автокоррелятора, а выходы - с первыми входами блока элементов И и с информационными входами анализатора, управляющие выходы которого соединены с вторыми входами блока элементов И, выходы которого соединены с входами первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига, синхровход которого соединен с синхровходом анализатора.При этом анализатор содержит блок элементор И, устройство определения максимума и, элементов анализа, информационные входы которых соединены с соответствующим информационным входом анализатора, синхровходы - с соответствующим синхровходом анализатора, а выходы - с соответствующими входами устройства определения максимума, выходы которого соединены с управляющими выходами анализатора и с вторыми входами блока элементов И, первые входы которого соединены с синхровходами анализатора, авыход - с синхровыходом анализатора, входзаписи которого соединен с входом записи устройства определения максимума.При этом элемент анализа содержит регистр, М корреляционных блоков и сумматор, выход которого соединен с выходом элемента анализа, а входы - с выходами корреляционных блоков, входы которых соединены с соответствующими выходами регистра, информационный вход которого соединен с информационным входом элемента анализа, а синхровход - с синхровходом элемента анализа.При этом необходимо отметить, что только использование всех отличительных признаков позволит достичь положительного эффекта - расширить функциональные возможности предлагаемого автокоррелятора за счет определения доплеровской частоты от известных.Структурная схема цифрового автокоррелятора приведена на фиг.1.Структурная схема анализатора приведена на фиг,2,Цифровой автокоррелятор содержит блок аналого-цифровых преобразователей 1. блок элементов И 22, первый 3 и второй 13 элементы ИЛИ, анализатор 4, блок делителей 5, элемент И 6, генератор тактовых импульсов 7. первый 8 и второй 9 дел ител и, регистр сдвига 10, п ерем ножи- тели 11, накопительные сумматоры 12, триггер 14, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Анализатор 4 содержит К элементованализа 17, устройство определения максимума 18 и блок элементов И 19.Элемент анализа 17 (фиг.2) содержитрегистр 20, корреляционные блоки 21 и сумматор 22,Элементы цифрового автокорреляторасоединены следующим образом,Вход автокоррелятора 15 соединен свходом блока аналого-цифровых преобразователей 1, а вход запуска 16 - с 5-входомтриггера 14, с входами обнуления первого 8 ивторого 9 делителей и с вторым входом второго элемента ИЛИ 13, выход которого соединен с входом обнуления блока делителей5, выход такта которого соединен с входомпервого делителя 8, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИЛИ13 и с входом второго делителя 9, выходкоторого соединен с В-входом триггера 14,прямой выход которого соединен с первымвходом элемента И 6, второй вход которогосоединен с выходом генератора тактовыхимпульсов 7, а выход - с счетным входомблока делителей 5, выходы которого соединены с синхровходами блока аналогоцифровых преобразователей 1 и ссинхровходами анализатора 4, информационные входы которого соединены с выходами аналого-цифровых преобразователей 1 ис первыми входами блока элементов И 2.вторые входы которого соединены с управ.ляющими выходами анализатора 4 а выходы - с входами первого элемента ИЛИ 3выход которого соединен с информационным входом регистра сдвига 10, синхровходкоторого соединен с синхровыходом анализатора 4, а выходы с входами соответствующих перемножителей 11, выходыкоторых соединены с входами соответст.вующих накопительных сумматоров 12,выходы которых соединены с выходами автокоррелятора,Элементы анализатора 4 соединеныследующим образом.Управляющие выходы анализатора соединены с выходами устройства определения максимума 18 и с вторыми входамиблока элементов И 19, выход которого соединен с синхровыходом анализатора, а первые входы - с синхровходами анализатораи с синхровходами элементов анализа 17,информационные входы которых соединены с информационными входами анализатора, а выходы - с. входами устройстваопределения максимума 18,Элементы анализа 17 соединены следующим образомИнформационный вход элемента соединен с информационным входом регистра 20, 1829042(5) синхровход которого соединен с синхровходом элемента анализа, а выходы - с входами соответствующих корреляционных блоков 21, выходы которых соединены с входами сумматора 22, выход которого соединен с выходом элемента анализа.Цифровой автокоррелятор работает следующим образом.Математический алгоритм работы заявленного устройства основан на следующем. Предположим, что сигнал принимаемый приемником можно записать в следующем виде: Я(т) = Зо ехр (1 (в т+ у + п(с), (1) где в = (1 -- ) во - угловая частота, смечсщенная за счет эффекта Доплера;ч - скорость движения поставщика помех;с - скорость распространения радиоволн;у- фаза;п(т) - аддитивная помеха в полосе пропускания приемника.В случае монохроматического сигнала радиопомехи уравнение (1) без п(т) дает следующую автокорреляционную функцию: йо(г) = Я(т) 5(т+ г) от=2 Т - т(ф) - комплексное сопряжение, Для получения точного результата определим фазовращательную автокрреляционную функцию В(т) следующим образом: Ю = 2 Т 3 Ф) Я (т+ 4 б; (3) - т Я(т+ г) = Я(т+ х) ехр (- р); (4) где р - прогнозируемое вращение фазы при (т+ т) Й - прогнозируемая угловая частота в данный период.Подставляя уравнения (1), (4) и (5) в (3), получают К(т) = Я;2 ехр ( (Й - в) т) + М(х), (6) й (г) - означает вклад шума п(т) в уравнение (2). 20 25 30 35 40 45 50 55 Как следует из (6), когда прогнозируемая угловая частота (Й) не совпадает с действительными значениями, реальная часть изменяется со временем задержки т. Исследуя щможно найти истинную в когда реальная часть остается константой Яо при любом времени задержки. Поскольку в реальных условиях существует шумовой эффект Й(т), мы можем получить оптимальную оценку Й, максимизируя среднюю автокорреляционную мощность Вр, определенную для периода времени 2 тк в следующем виде 1р (щ) =Реаф Щ б т -фвах ю = щ,2 в(7) Таким образом, в основе алгоритма функционирования заявленного устройства и лежит выражение (7).Работа цифрового автокоррелятора осуществляется в два этапа.При поступлении импульса запуска на вход запуска 16 происходит установление триггера 14 в единичное состояние. По этому же импульсу производится обнуление делителей 8 и 9 и этот же импульс проходит через элемент ИЛИ 13 и поступает на вход обнуления блока делителей 5. Установление триггера 14 в единичное состояние разрешает работу элемента И 6. Импульсы с выхода генератора тактовых импульсов 7 проходят через элемент И 6 на счетный вход блока делителей 5, Блок делителей 5 образован К делителями, где К - число каналов обзора по частоте Доплера. Коэффициенты каждого делителя блока делителей 5 выбираются различными. В связи с этим на выходе блока делителей 5 образуются импульсы квантования с различной частотой следования, т.е, организуется обзор по частоте квантования, Эти импульсы поступают на синхровходы блока аналого-цифровых преобразователей 1, образованного К аналого-цифровых преобразователей, в котором осуществляется преобразование входных аналоговых сигналов в цифровые коды. Эти цифровые отсчеты поступают на информационные входы анализатора 4 в котором реализуется вычисления по приведенным выше выражениям, По окончании первого цикла вычисления, т.е. при появлении импульса на выходе делителя 8, имеющего коэффициент деления , где- объем выборки, на управляющих выходах анализатора 4 определяется код канала с максимальной мощностью, т,е. номер того канала, в котором частота дискретизации наиболее точно подобрана с учетом частоты Доплераи на синхровыход анализатора 4 пропускается частота дискретизации этого канала. Импульс с выхода делителя 8 проходит че- рез элемент ИЛИ 13 и производит обнуление блока делителей 5. Начинается второй цикл вычислений. Код канала с максимальной мощностью поступает на вторые входы блока элемента И 2 в результате которого открываются элементы И того канала и онипропускают на свой выход только цифровые отсчеты этого выбранного канала, т,е, с выхода выбранного аналого-цифрового преобразователя блока АЦП 1, В дальнейшем цифровые отсчеты с выхода блока элементов И 2 проходят через первый элемент ИЛИ 3 и поступ ют на информационный вход регистра сдвига 10, на синхровход которого поступают синхроимпульсы выбранного канала с выхода анализатора 4. Регистр сдвига 10 имеет М выходов, где М - число вычисляемых ординат автокорреляционной функции, Цифровые отсчеты, с выходов регистра сдвига 10 поступают на перемножители 11, в которых происходит перемножение отсчетов, а результаты перемножения накапливаются в накопительном сумматоре 12. По окончании накопления, т.е. после появления импульса на выходе делителя 8, коэффициент деления которогосоответствует объему выборки, появляется импульс и на выходе делителя 9, коэффициент деления которого равен двум, в накопительных сумматорах 12 хранятся отсчеты а втокорреля цио ной функции поступающегосигнала со скомпенсированным влиянием частоты Доплера, Импульс с выхода делителя 9 устанавливает триггер 14 в нулевое состояние, В дальнейшем работа цифрового автокоррелятора аналогична.Рассмотрим работу отдельных элементов автокоррелятора.Анализатор 4 (фиг.2) работает следующим образом.В каждом из элементов накопления осуществляется вычисление отсчетов автокорреляционной функции в й отсчетах за счет перемножения отсчетов и накопления результата в корреляционных блоках 21. С выходов корреляционных блоков 21 отсчеты автокорреля цион ной функции суммируются в сумматоре 22 без учета знака, Таким образом, на каждом из выходов элементов анализа 17 получаются реализации по выражению (7), Эти реализации поступаютна устройство определения максимума 18, которое определяет номер канала в котором максимальная реализация. Устройство определения максимума реализуется на устройствах сравнения, элементах И и элементах ИЛИ и на его выходе образуется10 15 20 25 30 35 40 4550 код канала с максимальной реализацией. Этот код поступает на блок элементов И 19 и открывает тот элемент И в канале которого максимальная реализация. Так как после первого цикла информация с канала с максимальной реализацией должно запомнится, то в устройстве определения максимума на его выходе устанавливается регистр, в который и заносится код номера канала с максимальной реализацией по импульсу окончания первого цикла, поступающему на вход записи анализатора,В дальнейшем работа анализатора аналогична,Остальные элементы цифрового авто- коррелятора общеизвестны и широко описаны в существующей литературе, Накопительные сумматоры реализуются на регистре и сумматоре, Выходом такта блока делителей 5 является выход делителя с минимальной частотой дискретизации. Для синхронизации работы элементов автокррелятора используются импульсы квантования при необходимости задержанные элементами задержки (на фиг.1 не показаны).Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение конкретных технических характеристик цифровых автокорреляторов, Поэтому сравнительный анализ проведем с базовым объектом, в качестве которого выберем прототип, характеризующийся аналогичным способом постооения,Как следует из описания работы предлагаемого цифрового автореллятора в нем осуществляется определение доплеровской частоты исследуемого сигнала по номеру канала с максимальной реализацией в анализаторе, что доказывает расширение функциональных возможностей этого авто- коррелятора по сравнению с прототипом, Кроме того, так как в заявленном устройстве автокорреляционная функция вычисляется после компенсации доплеровской частоты, то и она не искажена доплеровской частотой и естественно она боле точно вычислена чем в прототипе.Формула изобретения 1, Цифровой автокоррелятор, содержащий генератор тактовых импульсов, группу перемножителей, группу накапливающих сумматоров и регистр сдвига, выходы младшего разряда которого соединены с первыми входами перемножителей группы, разрядные выходы регистра сдвига подключены к вторым входам одноименных пере- множителей группы, выходы которых содинены с входами одноименных накапливающих сумматоров группы, выходы которых являются выходами отсчетовкорреляционной функции автокоррелятора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет определения доплеровской частоты исследуемого сигнала, в него введены блок делителей, блок элементов ИЛИ, блок элементов И, два делителя, элемент И, элемент ИЛИ, триггер, частотный анализатор и блок аналого-цифровых преобразователей, информационный вход которого является информационным входом автокоррелятора, а выход подключен к информационному входу частотного сигнализатора и к первому входу блока элементов И, второй вход которого соединен с выходом частотного анализатора, а выход подключен к входу блока элементов ИЛИ, выход кОторого соединен с информационным входом регистра сдвига, синхровход которого подключен к выходу формирования номера канала с максимальным значением частотного анализатора, тактовый вход которого подключен к выходу первого делителя, соединенному первым входом элемента ИЛИ с информационным входом второго делителя, выход которого подключен к Й-входу триггера, Я-вход которого является входом запуска автокоррелятора, соединен с входами обнуления, делителей и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу обнуления блока делителей, информационный вход которого соединен с выходом элемента И, входы которого подключены соответственно к выходу генератора тактовых импульсов и прямому выходу триггера, выход блока делителей соединен с синхровходамичастотного анализатора и блока аналогоцифровых преобразователей.2. Автокоррелятор по п,1, о т л и ч а ю 5 щ и й с я тем, что частотный анализаторсодержит блок элементов И, блок определения максимального значения и канальныеопределители мощности, информационныевходы которых образуют информационный10 вход анализатора, синхровход которого соединен с синхровходами канальных определителей мощности и с управляющим входомблока элементов И, выход которого является выходом формирования номера канала с15 максимальным значением анализатора, тактовым входом которого является тактовыйвход блока определения максимальногозначения информационные входы которогосоединены с выходами канальных опреде 20 лителей мощности, а выход подключен к информационному входу блока элементов И исоединен с выходом анализатора.3, Автокоррелятор по пп,1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что канальный опреде 25 литель мощности содержит регистр, корреляционные блоки и сумматор, выходкоторого является выходом определителя,информационным входом и синхровходомкоторого являются одноименные входы ре 30 гистра, выход младшего разряда которогоподключен к первым входам корреляционных блоков, разрядные выходы регистра соединены с вторыми входами одноименныхкорреляционных блоков, выходы которых35 подключены к входам сумматора,1829042 Составитель Г, Посохинактор Т. Иванова Техред М.Моргентал Корректо ороль оизводственно-издательский комбинататент", г, Ужгород, ул. Г а, 101 аказ 2476 ВНИИПИ Госуда Тираж енного комитета по и 13035, Москва, Ж,Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССРшская наб., 4/5