Устройство для обработки сигналов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК И 9) 011 ГОСУААРСТВЕННЫЙ НОМИТЕуПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ Пят СССР С 01 у 1/2 ЗОБРЕТЕНИЯ ДЕТИЗЬСТВУ ахон тво СССР4, 1986.о СССР4, 1987.ОТКИ СИГНА(57) Изобретение относится к сейсмометрии и может быть использовано всейсморазведке для регистрации и,обработки сигналов, Целью изобретения является повышение отношениясигнал/шум путем введения нелинеййойцифровой фильтрации селекции входного сигнала по скорости при нелинейсейсмометно в сейси об аботИзобретение относится крии и может быть использоваморазведке для регистрации р ки сигналов.Цель изобретения - повьппение отношения сигнал/шум путем проведения нелинейной цифровой фильтрации и селекции входного сигнала по скорости при нелинейных условиях распространения.На чертеже приведена блок-схема устройства.Схема устройства содержит первый аналого-цифровсй преобразователь 1, первую входную шину 2, схему сравнеОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАЛОВ ных условиях распространения. Устрой=ство содержит два аналого-цифровыхпреобразователя, схему сравнения кодов анализатора экстремумов, запоминающее устройство, мультиплексор, 1регистров сдвига, дополнительный регистр, первый и второй триггеры, первый и второй цифровые фильтры, первую и вторую схемы сравнения кодовфункций, первый и второй регистры па-.раллельного действия, буферный регистр, блок опорных функций, блоксинхронизации. Изобретение позволяет путем многомерной фильтрации осуществлять направленную когерентнуюобработку сигнала, улучшить в и разотношение сигнал/помеха (и - числонакоплений), а при недостаточной априорной информации о сигнале - самонастраиваться по двум координатам(скорость, дальность),1 ил. ния 3 кодов анализатора экстремумов, запоминающее устройство 4, входную шину 5 импульсов синхронизации, мультиплексор 6, регистры сдвига 7.17,1, ополнительный регистр 8, первый 9второй 10 триггеры, второй аналогоцифровой преобразователь 11, вторую входную шину 12, первый цифровой фильтр 13, второй цифровой фильтр 14, первую схему сравнения 15 кодов функций, вторую схему сравнения 16 кодов функций, первые и вторые регистры параллельного действия 17 и 18, буферный регистр 19, блок опорных функций20, блок синхронизации 21, первыевыходы регистров сдвига 7, вторые выходы регистров сдвига 7, первые входы запоминающего устройства 4, первые, вторые и третьи входы мультиплексора б, параллельные входы и выходы дополнительного регистра 8, первые и вторые входы схемы сравнения3, выходы первого цифрового фильтра 1 О13, выходные шины регистров параллельного действия 17 и 18 соответст- .венно, первые и вторые входы буферного регистра 19, вторые входы и выходы . первой 15 и второй 16 схем 15сравнейия соответственно, управляющие входы первого 17 и второго 18регистров параллельного действия, информационные выходы, пятый выход,шестой выход, седьмой выход блока 20синхронизации 21, соединительные шины, второй вход запоминающего устройства 4, первый вход первого триггера 9, тактовые входы регистровсдвига .7, вход дополнительного регист ра 8, выходную шину 22,Первый аналого-цифровой преобразователь 1 соединен с первой входнойшиной 2. Выходы триггеров 9 и 10 соединены с первым и вторым адресными 30входами мультиплексора б, выход второго триггера 10 соединен также сустановочным входом первого тирггера9, С-вход второго триггера 10 соединен с выходом схм сравнен 3кодов анализатора экстремумов.Входная шина 5 импульсов синхронизации соединена с первым входом первого триггера 9, с тактовыми входами регистров сдвига и входом 1-разрядного дополнительного регистра 8Первый выход мультиплексора 6 соединен с входом последовательной записи первого регистра сдвига 7, а1-й вход мультиплексора 6 - с входом 45последовательной записи 1-го регист-.ра сдвига 7.1 соответственно, первыевыходы 22 регистров сдвига 7 соединены с входами запбминающего устройства 4 соответственно, вторые выходы 50регистров сдвига соединены с .вторымиинформационными входами мультиплексора б соответственно и с параллельными входами дополнительного регистра8 соответственно, вторые выходы регистров сдвига 7 соединены также свторыми входами схемы сравнения 3кодов анализатора экстремумов соответственно, выходы дополнительного. регистра 8 подключены к третьим информационным входам мультиплексора б соответственно.Кроме того, второй аналого-цифровой преобразователь 11 соединен с второй входной шиной 12, выходы пер- вого 1 и второго 11 аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с входами первого цифрового фильтра 13, выходы которого подключены к первым информационным входам мультиплексора 6, к первым входам схемы сравнения 3 кодов анализатора экстремумов, а также к входам второго цифрового фильтра 14 соответственно. Первые выходы второго цифрового фильтра 14 подключены непосредственно к первым входам первой схемы сравнения 15 кодов функций, а вторые выходы второго цифрового фильтра 14 - к первым входам второй схемы сравнения 16 кодов функций соответственно, при этом первые и вторые выходы второго цифрового фильтра 14 через первые 17 и вторые 18 регистры параллельного действия подключены соответственно посредством шин к входам буферного регистра 19 и к вторым входам первой 15 и второй 16 схем сравнения кодов функций, выходы которых соеди-нены с управляющими входами первого 17 и второго 18 регистров параллельного действия, Выходы буферного регистра 19 соединены соответственно с входами блока опорных функций 20, выходы которого соответственно подключены к третьим входам первого цифрового фильтра 13 и к вторым входам второго цифрового фильтра 14,Первый выход блока синхронизации 21 соединен с тактовыми входами первого 1 и второго 11 аналого-цифровых преобразователей, вторые и третьи выходы блока синхронизации 21, формирующие номера функций, соединены с вторыми входами первого 17 н второго 18 регистров параллельного действия соответственно, четвертый выход блока синхронизации 21 подключен к входу блока опорных функций 20 и к буферному регистру 19, информационные выходы блока синхронизации 21 соединены соответственно с информационными входами мультиплексора б, установочный вход второго триггера 10 посредством шивы соединен с пятым выходом блока синхронизации 21, шестой выход которого шиной соединен с установочными вхо1578671 с ( хщ)х Х, (1 х 1) 10 15 цИ) = Ке ц е 35 40 50 55 дами регистров сдвига, а .седьмой -с входом запоминающего устройства 4,которое соединено с выходной шиной22, Первый вход первого триггера 9соединен с входной шиной 5 импульсовсинхронизации. 1Предлагаемое устройство работает следующим образом.В блоке синхронизации 2 импульсами синхронизации, идущими по шине 5, формируются импульсы, переключающие запоминающее устройство 4 в режим записи.Триггеры 9 и 1 О служат для управления мультиплексором 6. К моменту оцифровки аналогового сигнала блоком синхронизации 21 обеспечинается установка в исходное состояние триггеров 9 и 1 О, регистров сдвига 7,17,1, первого 7 и второго 18 регистров параллельного действия, при этом мультиплексор 6 обеспечивает подключение выходов регистров сдвига 7.17.1 к входам их последовательной записи.Входной сигнал ц(С) представляющий собой функцию при этом4 (Иц(Е) = ц(Е)е = ц (т.) -1 Ц (1),И - центральная частота узкополосоного сигнала, й - текущее время) поступает по первой входной шине 2 на первый 1 и по второй входной шине 12 на второй 11 аналого-цифровые преобразователи в виде синфазной составляющей комплексной огибающей ц,И) = ц(С) сову(Е) и квадратурной составляющей комплексной огибающей ц (е) цИ) впи(с) соответственно, где они подвергаются дискретизации во времени и квантованию по уровню амплитуд квадратурных (комплексных) составляющих.Частота дискретизации аналогоцифровых преобразователей задается блоком синхронизации 21, на вход которого подаются импульсы синхронизации по входной шине 5,6Первый цифровой фильтр 13 осуществляет двумерную цифровую свертку сигналов У . ипервого 1 и второеМ энго 11 АЦП с опорными сигналами Х(1, в); Хц(1,в), поступающими с блока опорных функций 20 в соответствии г формулой Ь+ц р,в) Х (1,3),где И - номер выходной функции, отличающейся опорной функциейпо Е,в,н производит вычисление, функции вида А 11(1,в) = (Ъс Фхв), зя Ь где ц (1 с,в),Ц (1 с,в) - совокупность входныхсинфазных и квадратурных составляющих первого цифрового фильтра,полученные дискретизацией сигнала на К отсчетов для каждого изв зондирований.Во втором цифровом фильтре 14 ны-числяются функцииКВ (пв) =, А,(1 с,тп)Ь(п,-1 с,О) 1хмВййп) =Ам(1 схв)Ь(Охп-в) х где Ь(1 с,О),Ь(О,в) - опорные функции.Опорные функции формируются блоком опорных функций 20 и представляютсобой импульсную характеристикуфильтра верхних частот для разныхЕ и в.,Далее, значения функции В 1,(п,в)обрабатываются первой схемой сравнения 15 кодов функции и первым регистром параллельного действия 17, а зна-.чения функции В(Е,п ) - второй схемой сравнения 16 кодов функции ивторым регистром параллельного действия 18 соответственно,При этом при превышении вновь при-.шедшего кода для каждой из функцийнад кодом, поступающим из регистрапараллельного действия (17 или 18)этой же функции, соответствующая схе1578671 7ма сравнения 15 или 16 кодов функцииформирует сигнал записи нового значения кода функции в регистр параллельного действия (17 нли 18) соответствующей функции с Фиксацией кода5номера (И) функции в этом же регистрепараллельного действия (17 или 18),идущих с. блока синхронизации 21,Зафиксированные в первом 17 и втором 18 регистрах параллельного действия коды функций и их номера по сигналу с блока синхронизации 21 переписываются в буферный регистр 19, после чего импульсом из блока синхронизации 21.первый 17 и второй 18 регистры параллельного действия устанавливаются в исходное состояние.Величины В,(пш) и В 11(1 с,п) вблоке опорных функций 20 сравнивают"ся с порогами (заданными в виде постоянных коэффициентов) и служат длявыбора соответствующих Ь(Й,0), Ь(0,ш)т.е, ширины полосы пропускания фильтра верхних частот, Чем меньше величины В ( п.ш), В(1 с,пд), тем нижеграничная частота полосы пропускания цифрового фильтра верхних частот.Выбором соответствующего номера изменяются опорные функции первого цифрового фильтра 13, соответствующие наи- .лучшей фокусировке. Для повышенияпомехоустойчивости номера Б могутбыть усреднены путем суммированияза несколько циклов в блоке опорныхфункций 20,Опорные функции Хс(1,ш), Х (1,ш)формируются таблично в блоке опорныхФункций 20 посредством ППЗУ с учетомтого, что опорная функция равна произведению Функции окна (например,Хемминга, Ханнинга, прямоугольного)и импульсной характеристики, котораякомплексно сопряжена с импульсной характеристикой модели распространения 45волн. Коды с выхода первого цифрового фильтра 13 поступают одновременно на входы мультиплексора 6 и входы схемы сравнения 3 кодов, где сравниваются коды с выхода 32 первого цифрового фильтра 13 и коды с ш-х разрядов регистров сдвига 7,1;7.1, так как последние находились в исходном состоянии код, хранящийся в регистрах сдвига, меньше кода.на выходе первого цифрового фильтра), срабатывает схема сравнения 3 кодов, выходная команда которой с задержкой устанавливает второй триггер 10 в единичноесостояние, в результате чего черезмультиплексор 6 происходит запись выходного кода спервого цифровогофильтра 13 на входы последовательнойзаписи и регистров сдвига 7.17,1 ина входы регистров с выхода блокасинхронизации 21 по шине, коды которой соответствуют номерам каналовдальности и номерам каналов скорости.Таким образом, по окончании первого импульса синхронизации (команды сблока синхронизации 21 на регистрысдвига 7.17.1 и дополнительный регистр 8) происходит запись в регистры сдвига 7,17,1 выходного кодапервого цифрового фильтра 13 и кодовномера канала дальности и номера канала скорости.По переднему фронту очередногоимпульса синхронизации триггер 9устанавливается в единичное состояние, изменяя адрес мультиплексора 6так, что он подключает выходы дополнительного регистра 8 к входам последовательной записи регистров сдвига 7.17.1 через входы мультиплексора 6.С приходом шимпульсов синхронизации, по их заднему фронту происходит шциклический сдвиг кодов, записанных в регистрах сдвига7.1..7.1 и дополнительном регистре8. Этим обеспечивается запись экстремального кода в шразряды регистрасдвига 7.17.1, которые соответствуют самому большому весу, С приходом ш+1 импульса синхронизации происходит следующая выдача нового кода с первого цифрового фильтра, приэтом триггеры 9 и 1 О устанавливаютсяв исходное состояние,Алгоритм обработки для очереднойвыдачи кода с первого цифровогофильтра 13 (кроме последнего в данном цикле) происходит следующимобразом,Если схема сравнения 3 кодованализатора экстремумов не срабатывает, то по заднему Фронту импульсовсинхронизации происходит сдвиг кодов в регистрах сдвига 7.Если код аналого-, цифрового преобразования не превысил коды, записанные в ш разрядах регистров сдвига 7;то после ш-го сдвига происходит новая выдача кода с первого цифрового9 157867 фильтра 13. Если код первого цифрового фильтра 13 превысил один иэ кодов, записанный в каком-то разряде регистров сдвига 7 после 1-го сдвига тоФ срабатывает схема сравнения 3 кодов, выходная команда которой. аналогично описанному устанавливает второй триггер 1 О в единичное состояние, переключая мультиплексор 6 в режим приема выходного кода с первого цифрового фильтра 13 на входы последовательной записи регистров сдвига 7.17,1, а .с выходов блока синхронизации 21 - на входы последовательной записи регистров сдвига 7.(6+1)(7.1) соответственно, при этом код блока синхронизации 21 соответствует номеру кода дальности и скорости (азимута при синтезированной апертуре,или кажу щейся скорости волны в данном цикле). По заднему фронту. импульсов синхро-. низации происходит запись и сдвиг информации в регистрах сдвига 7 совместно с дополнительным регистром 8, 25 поступающей с выходов первого цифро. вого фильтра 13 и блока синхронизации 21. Далее по переднему фронту импульса синхронизации первый триггер 9 устанавливается в единичное состоя ние, подключая через мультиплексор 6 выходы дополнительного регистра 8 к входам последовательной записи регистров сдвига 7. При этом с приходом (ш - 1 - 1) импульсов синхрони 35 зации происходит (т - 1 - 1) циклический сдвиг кодов, записанных в регистры сдвига 7 и дополнительный ре.гистр 8, т.е. происходит вставка кода первого цифрового фильтра совмест О но с вытеснением младшего разряда в дополнительный регистр 8, Далее процесс повторяется.По команде с блока синхронизации 21 информация с выходов регистров ф 5 сдвига 7 переписывается в запоминающее устройство 4 без прекращения анализа и обработки сигналов, по очередной команде с блока синхронизации 21 запоминающее устройство 4 пере р ключается в режим считывания информации по выходной шине 22, при этом триггеры 9 и 10, регистры сдвига 7, регистры параллельного действия 17 и 18 устанавливаются в исходное состо яние. Таким образом, устройство для обработки сигналов осуществляет много 10мерную нелинейную фильтрацию, что поз-,воляет осуществить сверхнаправленнуюкогерентную обработку сйгнала. Выбори коррекция нелинейности скоростии дальности осуществляется первым цифровым фильтром при помощи выбораопорных функций, которые заранее рассчитаны исходя из геометрических соотношений распространения волн, Выбор опорных функций осуществляетсяпо настройке на верхних частотах совместной полосы пропускания первогои второго цифровых фильтров, что соответствует требуемому разрешениюсигнала по обеим координатам. Причемадаптивный выбор полосы пропусканиявторого цифрового фильтра также осуществляется блоком опорных функций,задающим пороговые значения, по которым происходит сравнение входного сигнала второго цифрового фильтра в данной полосе частот, что позволяет производить выбор полосы в изменяющихся условиях приема. Улучшение отношения сигнал/шум при когерентном накоплении может быть п, Тде п - числосуммирований по выбранной системе координат.Предлагаемое устройство для обработки сигналов позволяет улучшить отношение сигнал/шум путем введения не-,линейной цифровой фильтрации, расширить функциональные возможностиза счет селекции входного сигналапо скорости при нелинейныХ условияхраспространения с возможностью адаптирования к изменениям условий приема сигнала.Предложенное устройство, использующее дляцифровой фильтрации когерентную обработку сигнала, позволяет получить разрешение по скорости, улучшить соотношение сигнал/шум в п раз, где и - порядок фильтра,кроме того, при недостаточности априорных данных устройство позволяетсамонастраиваться по двум координатам (скорости и дальности), тем самым стабилизируя отношение сигнал/шум и разрешающую способность,Так, если на входе первого цифрового фильтра отношение сигнал/шумпо напряжению составляет а = А/(7 Ф где А - амплитуда сигнала; б - дисперсия шума,-Г;- = а-Япб при этом о о ф 11 157 то на выходе первого цифрового Фильтра амплитуда максимального импульса равна сумме средних значений (пА), а дисперсия шума - сумме дисперсий (пб)Поэтому, отношение сйгнап/шум на выходе интегратора по .напряжению составляет а по мощности соответственно 2 1 с-т Я асоответственно; вторые выходы регистров сдвига соединены также с входамипервой схемы сравнения кодов соответственно, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью улучшения отношениясигнал/шум путем введения нелинейнойцифровой .фильтрации и селекции входного сигнала по скорости при нелинейных условиях распространения, внего введены второй аналого-цифровойпреобразователь, соединенный с второй входной шиной, первый и второй цифровые фильтры, первая и вторая схемысравнения кодов функций, первый ивторой регистры параллельного действия, буферный регистр, блок опорныхфункций, блок синхронизации, соединенный с входной шиной импульсов синхронизации, и выходная шина, подключенная к выходу запоминающего устройства, при этом выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей соединены соответственно с первы30 35 40 45 50 Устройство для обработки сигналов, содержащее первый аналого-цифровой преобразователь, соединенный с первой входной шиной, схему сравнения кодов анализатора экстремумов, входную шину импульсов синхронизации, запоми.нающее устройство, мультиплексор, 1 регистров сдвига, дополнительный регистр, первый и второй триггеры, выходы которых соединены с первым и вторым адресными входами мультиплексора соответственно, выход второго триггера соединен также с установочным входом первого триггера, С-вход второго триггера соединен с вьусодом первой схемы сравнения кодов, входная шина импульсов синхронизации соединена с С-входом первого триггера, с тактовыми входами регистров сдвига, 1- разрядного дополнительного регистра, первый выход мультиплексора соединен с входом последовательной записи первого регистра сдвига, а 1-й выход мультиплексора - с входом последовательной записи; 1-го регистра сдвига соответственно, первые выходы регистров сдвига соединены с:входами запоми нающего устройства соответственно, вторые выходы регистров сдвига соединены с вторыми информационными входами мультиплексора соответственно и с параллельными входами дополнительного регистра соответственно, выходы которого подключены к третьим инми и вторыми входами первого цифрового Фильтра, Й-выходы которого подключены к первым Й информационным входаммультиплексора и к Й-входам схемы сравнения кодов анализатора экстремумов, а также к первым входам второго цифрового фильтра соответственно,первые выходы которого подключенык первым входам первой схемы сравнения кодов функций и.к первым входампервого регистра параллельного действия, а вторые выходы второго цифрового фильтра подключены к первым входамвторой схемы сравнения кодов функцийи к первым входам второго регистра параллельного действия соответственно,выходы первого регистра параллельногодействия соединены с вторыми входами первой схемы сравнения кодов функций и с первыми входами буферногорегистра, выходы второГо регистрапараллельного действия соединены свторыми входами второй схемы сравнения кодов функций и с вторыми входами буферного регистра, выход первой схемы сравнения кодов функцийподключен к установочному входу первого регистра параллельного действия,а выход второй схемы сравнения кодовфункций подключен к установочномувходу второго регистра параллельного действия, первые выходы буферного регистра через блок опорных функций соединены с третьими входами пер13 1578671 Составитель А. ВолодинРедактор Н. Швыдкая Техред Л,Сердюкова Корректор И. Мус сное Заказ 1915 Тираж 418ВНИИПИ Государственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушская и открытиям при ГКНТ СССб.д. 4/5 агарина,101 дственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород,о вого цифрового фильтра, а вторые выходы буферного регистра через блокопорных функций - с вторыми входамивторого цифрового фильтра, кроме того, первый выход блока синхронизациисоединен с тактовыми входами первогои второго аналого-цифровых преобразователей, вторые входы первого и второго регистров параллельного действиясоединены соответственно с вторымии третьими выходами блока синхронизации, четвертый выход которого соединен с блоком опорных функций и буферным регистром, Й + 1 информационные входы мультиплексора соединены с информационными выходами блока 5синхронизации, пятый выход которого соединен с установочным входом второго триггера, шестой выход блока синхронизации соединен с установочными входами регистров сдвига, а седьмой выход - с запоминающим устройством.