Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов

.Бочар 3950635,1977.епьство СССР5/336, 1981 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛОВ, содержащий первый и второй блоки задержки, ариф метический блок, блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и подключен к управляющим входам первого и второго блоков задержки, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения обработки1 сигналов с допплеровским смещением частот, в него введены первый и второй преобразователи аналог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу третьего счетчика блока управления, вход которого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блокауправления, вход которого подключенк -выходу генератора тактовых импуль-сов блока управления, информационныйвход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блоказадержки, информационный вход которого подключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналогкод, информационный вход которогоявляется первым входом коррелятора,информационный вход первого преобразо- Евателя аналог-код являетсявторым входом фукоррелятора, а управляющий вход первого преобразователя аналог-код под- Сключен к выходу ключа блока управления, выход первого преобразователяаналог-код соединен с выходом коммутатора и информационным входом перво- ,го блока задержки, выход которогосоединен с первым информационным входом коммутатора, вторым информационным входом арифметического блока иинформационным входом третьего блоказадержки, управляющий вход которогоподключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, выход третьего блока задержки соединенс вторым информационным входом коммутатора, управляющий вход которогоподключен к выходу триггера блока уп-равления, управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления, 1107135Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для взаимно корреляционной обработки в реальном масштабе времени излучаемого сигнала и эхо-сигнала, имеющих доп плеровское смещение частот.Известен коррелятор, в котором используются два блока задержки, арифметическое и управляющее устройства, позволяющий производить взаимно корре 10 ляционную обработку сигналов 13,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой коррелятор для обнаружения эхосигналов, содержащий два блока за держки сигналов, арифметический блок, блок управления и накапливающий сум-. матор 22.Недостатком известного цифрового коррелятора является отсутствие воз можности обработки эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частот.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей путем обеспечения обработки сигналов с доп. плеровским смещением частот. Указанная цель достигается тем, что в цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов, содержащий пер- ЗО вый и второй блоки задержки, арифметический блок, блок управления. состоящий из генератора тактовых импульсов, первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и подключен к управляющим входам первого и втррого блоков задержки, введены первый и второй преобразователи ана лог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу 45 третьего счетчика блока управления, вход которого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блока управления, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, информационный вход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блока задержки, информационный вход которого55 тюдключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналог-код, информационный вход которого является первым входом коррелятора, информационный вход первого преобразователя аналог-код является вторым входом коррелятора, а управляющий вход первого преобразователя аналог-код подключен к выходу ключа блока управления, выход первого преобразователя аналог-код соединен с выходом коммутатора и информационным входом первого блока задержки, выход кото- рого соединен с первым информационным входом коммутатора, вторым инфор. мационным входом арифметического бло. ка и информационным входом третьего блока задержки, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, выход третьего блока задержки соединен с вторым информационным входом коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу триггера блока управления, управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления.На фиг. представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - структурная схема блока управления, на фиг.3 временные диаграммы работы устройства.Устройство (фиг.1) содержит первый преобразователь 1 аналог-код, первый 2, второй 3 и третий 4 блоки задержки, коммутатор 5, арифметический блок 6, второй преобразователь 7 аналог-код, ключ 8 и блок 9 управления.Блок 9 управления (фиг,2) содержит генератор 10 тактовых-импульсов, первый 11, второй 12 и третий 13 счетчики, триггер 14 и ключ 15.Арифметический блок 6 состоит из накапливающего сумматора и узла умножения, входы которого являются соответствующими информационными входами блока, выход узла умножения соединен с информационным входом накапливающего сумматора, управляющий вход которого является управляющим входом блока, а выход накапливающего сумматора является выходом блока. Цифровой коррелятор работает сле" дующим образом.Устройство содержит два канала, В первом канале записывается излучаемый с частотой У сигнал, сжимается во времени с коэффициентом сжатия К и сжатая копия многократно воспроизводится на выходе этого канала. Второй канал обеспечивает запись принимаемого сигнала, имеющего частоту .Ы-лУ , где Ь 1 - допплеровское приращение частоты, сжатие во времени с коэффициентом сжатия К 2, обновление .сжатой копии реализации принимаемогосигнала, сдвиг ее во времени с заданным шагом относительно сжатой копии излучаемого сигнала. Точное измерение 10 взаимно корреляционной функции между излучаемым и принимаемым сигналами возможно при выполнении условия К = =К 2(У+8) или, учитывая, что К-К=дК, а (К+К)=КО+О), то условие имеет 15 виддК д К 2Выбором величины коэффициента сжатия в первом канале Кобеспечивает ся компенсация допплеровского смещения частоты принимаемого сигнала. Рассмотрим работу первого канала, Излучаемый сигнал в аналоговом 25 виде поступает на вход излучаемого сигнала коррелятора и далее на информационный вход первого преобразователя 1 аналог-код. На его управляющий вход с выхода ключа 15 блока,9 управления подается последовательность прямоугольных управляющих импульсов с периодом Т . С приходом управляющего импульса производится выборка излучаемОго сигнала (фиг.З,а),35 которая преобразуется в параллельный двоичнья цифровой код и далее следует на информационный вход первого блока 2 задержки. Этот блок задержки может быть выполнен, например, с ис О пользованием сдвиговых регистров.В первом блоке 2 задержки может быть записано к 1 выборок излучаемого сигнала. На управляющий вход первого блока 2 задержки с выхода генератора 10 45 тактовых импульсов блока 9 управления поступает послеДовательность прямоугольных импульсов с периодом(фиг.З,Д, которая обеспечивает сдвиг записанной выборки. С выхода первогоблока 2 задержки выборка, задержанная на время %1, следует на информационный вход третьего блока 4 задержки, соответствующий информационный вход арифметического блока и.первый информационный вход коммутатора 5, Блок 455 задержки может быть выполнен на том же принципе, что и блдк 2 задержки, однаков нем может быть записано М выборок, причем ЮМ. На управляющийвход третьего блока 4 задержки подаются с выхода генератора тактовыхимпульсов блока 9 управления управляющие импульсы. С выхода третьего блока 4 задержки выборка, задержаннаяна время М, поступает на второй информационный вход коммутатора 5 и сего выхода следует на информационныйвход первого блока 2 задержки. Далеепроисходит циркуляция записаннои выборки по цепи, состоящей иэ блоков2, 4 и 5. Период циркуляции выборкиравен (К-Я)т, . Период взятия выбороквыбирается равным Ч=(Ч +М -1)1 . Врезультате этого после каждой циркуляции с опережением на время 1 ранеезаписанной выборки будет записанановая выборка (фиг.З Д ) . При этомобеспечивается запись и сжатие вовремени излучаемого сигнала. Коэффциент сжатия равен К=Т /. Изменяявеличину времени задержки третьегоблока 4 задержки и соответственнопериод взятия выборок (период следования импульсов на выходе генератора 10 тактовых импульсов блока 9управления), можно изменять коэффициент сжатия излучаемого сигнала.После того, как в первом канале записано Й выборок, с выхода триггера14 блока 9 управления поступает напряжение, под действием которогокоммутатор 5 переключается и отключает второй информационный вход от выхода. Вместо него коммутатор 5 подключает к своему выходу выход первого блока 2 задержки, При этом записанная в первом канале реализация излучаемого сигнала циркулирует поцепи, состоящей из блоков 2 и 5 спериодом М (фиг.З,г), многократно поступая на соответствующий информационный вход арифметического блока6 с выхода первого блока 2 задержки. Рассмотрим работу второго канала. Сигнал с выхода приемника эхо-сигна-лов подается на вход принимаемого сигнала коррелятора и поступает на информационный вход второго преобразователя 7 аналог-код. На его управляющий вход поступают управляющие прямоугольные импульсы с выхода пер" вого счетчика 11 блока 9 управления с периодом следования 1= Й 1 . С приходом управляющего импульса производится выборка принимаемого сигнала (фиг.З,), которая преобразуется в5 11 О цифровои параллельный двоичный код и поступает во второй блок 3 задержки, подобный первому блоку 2 задержки, но отличающийся тем, что в нем может быть записана (И+ 41 выборка сигнала. Выборка с выхода второго преобразователя 7 аналог-код задерживает-, ся во втором блоке 3 задержки на время (йм 1 Ф и через отпертый ключ 8 вновь поступает на вход блока 3 заФдержки. Так как импульсы с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления следуют с периодом Щ , а период циркуляции равен Т (14-41 1 , то каждая последующая выборка записыва-, ется во второй блок 3 задержки после циркуляции предыдущей с опережением ев на время(фиг.З,Ю), При этом происходит запись принимаемого сигнала и сжатие его во времени с коэффициентом сжатия К 2:Ч / . После заполз нения второго блока 3 задержки (К+1)выборками цепь циркуляции для самой старой выборки разрывается, так как в момент ее прихода на управляющий вход ключа 8 поступает с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления импульс, запирающий ключ 8. На место исключенной из записанной реализации выборки записывается новая, благодаря чему обеспечивается обновление записанной реализации на однувыборку после каждой циркуляции. Процесс записи, сжатия во времени и обновления записанной реализации может производиться неограниченно долго, что обеспечивает взаимно корреляционную обработку излучаемого сигнала и эхо-сигнала с неизвестным моментом прихода. С выхода второго блока 3 задержки сжатые копии принимаемого сигнала подаются на другой информационный вход арифметического блока 6. Этот блок выполняет попарное перемножение выборок с выходов первого и второго каналов по мере их поступления и накопление произведений. На управляющийвход арифметического блока б поступают импульсы с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления для обнуления накапливающего сумматора после каждой циркуляции записанных сигналов. Таким образом, за время одной циркуляции вычисляется один отсчет взаимно корреляционной функции.Взаимный сдвиг реализаций излучаемого сигнала и эхо-сигнала обеспечивается за счет того, что период цирку7135 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 ляции реализации излучаемого сигнала равен МС , а принимаемого сигнала ф+4 И . После каждой циркуляции и сдвига принимаемого сигнала на вре мя 1 относительно излучаемого вычисляется очередной отсчет взаимно корреляционной функции. С приходОм эхосигнала на вход принимаемого сигнала цифрового коррелятора вследствие компенсации допплеровского смещения путем.выбора соответствующего коэффициента сжатия излучаемого сигнала на выходе цифрового коррелятора формируется максимум взаимно корреляционной функции.Рассмотрим работу блока 9 управления. Генератор 19 тактовых импульсов, стабилизированный кварцем, вырабатывает последовательность прямоугольных управляющих импульсов с периодом С (фиг.З,д), Эти импульсы поступают на управляющие входы блоков 2-4 задержки. Кроме того, они подаются на вход первого счетчика 11 и второго счетчи" ка 12, имеющего цикл счета М М) С выхода второго счетчика 12 иьнульсы с периодом следования (К+И) й через отпертый ключ 15 следуют на управляющий вход первого преобразователя 1 аналог-код. Импульсы с выхода второго счетчика 12, кроме того, следуют на вход третьего счетчика 13, имеющего цикл счета Ч После отсчета М импульсов с выхода второго счетчика 12 третий счетчик 13 формирует импульс, поступающий на триггер 14. В исходном состоянии напряжение на выходе триггера 14 уп-. равляет коммутатором 5 так, что в первом канале. цифрового коррелятора в цепь циркуляции излучаемого сигнала включен третий блок 4 задержки.С приходом на триггер 14 импульса триггер меняет устойчивое состояние и при этом на его выход поступает напряжение, переключающее коммутатор 5. В результате этого третий блок 4 задержки исключается из цепи циркуляции излучаемого сигнала. Кроме того, напряжение с выхода триггера 14 запирает ключ 15 и с выхода ключа 15 блока 9 управлений прекращается подача импульсов на первый преобразователь 1 аналог-код, что исключает наложение новых выборок на записанную копию излучаемого сигнала.Для выполнения измерений при неизвестном долплеровском смещении частоты эхо-сигнала необходимо третий блок 4 задержки выполнятЬ с коммути,руемым временем задержки, например, используя мнбгоотводные регистры сдвига и коммутируя отводы. Кроме того, необходимо второй счетчик 12 блока 9 управления также .выполнять с коммутируемым циклом счета. При каждой коммутации в обоих устройствах должно одинаково изменяться число И, ,что приводит к изменению коэффициента сжатия КА и соответствующему из" менению величины компенсируемого допплеровского смещения частоты эхо-сигнала.Таким образом, если величина допплеровского смещения частоты эхо-сигнала неизвестна, необходимо после очередногоизлучения произвести перезапись излучаемого сигнала с новым коэффиЦиентом сжатия К 1 и изменять величину коэффициента до тех пор,пока на выходе цифрового корреляторане будет получен максимум взаимнокорреляционной функции.5Использование дополнительных узлови новых функциональных связей выгодно отличает предлагаемое усгройство от известного, так как в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность взаимно коРреляционной обработки излучаемого сигнала и эхо-сигнала с допплеровским сдвигом частоты. Новое качество устройства существенно расширяет функциональные возможности изобретения вследствие возможности обработки сигналов при относительном перемещении излучателя и приемниКа сигналов, а также в условиях подвижной среды, по которой передается сигнал.