Устройство для цифровой обработки сигналов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕИ ИЯМ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 1 п 879494(53)М. Кл,с присоединением заявки6 О 1 Я 23/16 О 01 В 9/44 Гооударотеаницй комитет СССР по делаи изобретений и открытийДата опубликования описания 07. 11.81 С. Е. Фалькович, В. В. Пискорж и Н. В. Должен2) Авторы изобретения Харьковский ав 71) Заявитель онныи институ ого 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛО тся к радиоизможет быть исации, радионаи, в радиотех,екторных измеадиоимпульса в Изобретение относмерительной технике ты короткого е, если моме ч рихода его не с пользовано вигации и, в частнос нических системах тр ойства являетсерения несущей; точность ни ренин.Известен цифровой панорамный измеритель частоты, содержащий последовательно соединенные генератор так" товых импульсов, счетчик импульсов, стробируемый дешифратор, запоминаю 16 щий блок, блок сумматоров, квадратор и решвющнй блок, а также блок формирования импульсов нулей, выход которого подключен к первому входу стробируемого дешифратора 11.13Указанный измеритель к концу интервала измерения длительностью Т формирует спектр сигнала, по координатам максимума которого производит-20 ся оценка частоты тс исследуемого сигнала 0(С).Недостатком устр я известен.Наиболее близким по технической сущности к настоящему изобретению является устройство для цифровой обработки сигналов, содержащее первый счетчик, первый ключ, буферный ре-. гистр, блок вычитания, запоминающий блок, блок запрета и распределитель, к М выходам которого подключены М блоков накапливающих сумматоров, выходы которых подключены к соответствующим входам буферного запоминающего устройства, выходы которого подключены ко входам последовательно соединенных квадратора, решающего устройства, к управляющему входу первого ключа подключены последовательно соединенные блок формирования импульсов нулей и делитель, выход блока вычитания через схему сравнения с порогом подключен к управляющему входу схемы запрета, последова879494 50 тельно соединенные триггер, второй ключ и второй счетчик, первый вход которого соединен с установочным входом триггера; последовательно соеди ненные блок памяти, третий ключ, накапливающий сумматор 23.Это устройство формирует отсчеты Р = - выходного эффекта, по котота 1рому принимается решение о наличии или отсутствии сигнала при фиксиро О ванной задержке.Недостатками,известного устройства являются невысокое быстродействие, так как вычисление выходного эффекта У(1) начинается после завершения всех отсчетов комплексного выходного эфФекта У( )бпльшой аппаратурный объем (М сумматоров); радиосигнал обнаруживается на временных интервалах ограниченной длительности.Цель изобретения - повышение быстродействия, снижение аппаратурного объема и расширение функциональных возможностей устройства.25Поставленная цель достигается тем, что в устройство для циФровой обработки сигналов.1 содержащее пеовый счетчик, последовательно соединенные формирователь импульсов нуль-пе 30 ресечений, делитель, первый ключ, буфериый регистр, первый блок вычитания и блок постоянной памяти 1 после довательно соединенные квадоатор и решающий блок последовательно со 35 единенные блок памяти, второй ключ и первый накапливающий сумматор, выходы которого подключены ко вторым входам первого блока вычитания, выход делителя подключен к управляющему40 входу триггера и установочному входу первого накапливающего сумматора. к выходу тоиггера подключены последовательно соединеннЫе третий ключ и второй счетчик, выход котооого подключен к установочному входу триггера последовательно соединенные пороговый блок и блок запрета, а также блок накапливающих сумматоров, введены два ключа, вторые блок вычитания и накапливающий сумматор, элемент ИЛИ и последовательно соединенные второй блок запрета и блок переменной памяти, выход которого подключен к первому входу блока накапливающих сумматоров, выход первого бло-, 55 ка запрета соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей, второго блока запрета и первым входом 4элемента ИЛИ, выходы блока памятичерез последовательно соединенные четвертый ключ и второй накапливающий сумматор подключены к первым входам вто"рого блока вычитания, выходы которого подключены в входам пороговогоблока и первого ключа, выходы . блока постоянной памяти через блок накапливающих сумматоров соединены с входами второго блока запрета и пятогоключа, выходы которого соединены свходами квадратора, выход третьегоключа подключен к управляющему входувторого ключа и второму входу элемента ИЛИ, выход которого соединенс тактирующим входом блока переменной памяти, выход триггера подключен к управляющему входу первогоблока запрета, выходы первого счетчика соединены с входами второго блока вычитания.На чертеже представлена структур.ная электрическая схема устройства.Устройство содержит первый счетчик 1, блок 2 вычитания, первый ключ3, буферный регистр 4, блок 5 вычитания, блок 6 постоянной памяти,блок 7 накапливаюших сумматоров, ключ8, квадратор 9, решающий блок 1 О, пороговый блок 11 и первый блок 12запрета, блок 13 памяти, ключ 14, на"капливающие сумматоры 15,6, ключ 17,триггер 18, ключ 19 и второй счетчик 20, элемент ИЛИ 21, блок 22 переменной памяти, второй блок 23 запрета, формирователь 24 импульсов нульпересечений и делитель 25. На входы26 и 27 устройства от внешнего синхронизатора (на чертеже не показан)подаются импульсы сответственно счетной и тактовой частот. Измерительный сигнал подается на вход 28 формирователя 24 импульсов нуль-пересечнний, являющийся сигнальным входомвсего устройства.Устройство работает следующим образом,В момент начала измерения обнуля"ются счетчик 1, блок 7 сумматоров, накапливающие сумматоры 16 и 15, счетчик 20 и блок 22 переменной памяти.После этого на вход 26 счетчика 1начинают поступать от внешнего синхронизатора (на рисунке не показан)импульсы счетной частоты, а на вход17 ключа 19импульсы тактовой частоты. Одновременно на вход 28 формирователя 24 импульсов нуль-пересечений поступает измерительный сигнал5 87 О(С), представляющий собой смесь уз-кополосной нормальной помехи 6(1) и импульсного радиосигнала 5 С) известной Формы длительностью Т . Предполагается, что спектр смеси сигнала и помехи полностью сосредоточен в полосе ГЕ(-,Р , 1 о+ Г), где 1 о- центральная частота полосы 2 Г спектра смеси, причем Фр 4 Е.Формирователь 24 импульсов нуль пересечений вырабатывает короткие импульсы в момент положительного перехода сигнала О(й) через нулевую ось амплитуд. Делитель 25 прореживает в и раз поток поступающих на его вход импульсов нуль-пересечений, где и выбирается из условия М 7 1 о такт30 35 40 45 полосы 2 Г спектра наблюдаемой смеси на длительность То информационного . 50о импчльсного сигнала (й), (1(=2 Г Т),ров и блок 22 объемом М комплексных55чисел, где М - число одновременно .анализируемых значений задержки(ма т,).С приходом импульса нуль-пересеПервый импульс с выхода делителя 25 открывает на короткий временной интервал ключ 3. через который в буферный регистр 4 с выхода блока 2 вычитания переписывается двоичное число, соответствующее моменту й первого из прореженных делителем 25 импульсов нуль-пересечений, модифицирован-. ное с помощью константы сопзй , находящейся в накапливающем сумматоре 15. Измерение времени реализации С осуществляется по отношению к моменту 1 = О. В исходный момент содержимое сумматора 15 равно нулю, и момент первого нуль-пересечения не модифицируется.Импульс с выхода делителя 25 уста навливает накапливающий сумматор 16 в состояние "0", а триггер 18 - в состояние "1". Ключ 19 открывается, и через него на счетный вход счетчика 20, на управляющий вход ключа 17 и через элемент ИЛИ 21 - на тактирующий вход блока 22 переменной памяти.начинают поступать импульсы тактовой частоты. Счетчик 20, осуществф. ляющий счет по модулю М (т.е. обну-. ляется, как только его содержимое превысит М), в момент обнуления розвращает в исходное состояние 0Н Н триггер 18. в результате чего прохождение импульсов тактовой частоты через ключ 19 прекращается. Тактовая частота 1 ,в данном устройстве должна выбираться так, чтобы полное заполнение и обнуление счетчика 20 всегда происходило до прихода очередного импульса нуль-пересечения с выхода 9494 6делителя 25. Математически указанноеограничение на тактовую частоту 1 тдк,запишется в виде где М - число одновременно (параллельно) анализируемых в данном устройстве текущих дискретных задержек к= сопзй + 1(д; 1( = 1,М, на которых призводится обнаружение - измерение наблюдаемого на фоне шумов импульсного радиосигнала 5(й). Сопзй,1 представляет собой число, записанное в сумматоре 15, а величина 1(ЬГ формируется в процессе работы устройства в. сумматоре 16 с помощью блока памяти 13 и ключа 17. Физически сопзС соответствует наибольшей из дискретных задержек, на которой выходной эффект уже сформирован.Как и в известном устройстве, обнаружение импульсного радиосигнала при фиксированной задержке с. = сопзй + 1(дГ производится путем согласованной Фильтрации где Ь - комплексная импульсная характеристика принимаемого сигнала, отличная от нуля при значении аргумента 0(хТО, 1( - число пРоРеженных нуль-пересечений смеси сигнала и шума в моменты С 1 для которых при данном значении постоянной 1 аргумент х = й - сопз 1- 1(дСудовлетворяет ус.".щ иловиям Хп 1)0ЖХр 1 СТ- номер первого из нуль-пересечений С в группе, для которых условие (1) выполняется. Численно величина 1( примерно равна произведению Для формирования всех одновременно анализируемых отсчетов выходного эффекта используются блок 7 суммато.чения ключ 19 открывается, и через7 87 него на управляющий вход ключа 17 поступает первый импульс тактовой частоты, по которому осуществляется засылка (путем сложения с содержимым, равным в этот момент нулю) из блока 13 памяти в сумматор 16 сопз 1, численно равной ьГ. Сигналы с выхода буферного регистра 4, сумматора 16 поступают на соответствующие входы блока 5 вычитания, в результате чего происходит Формирование аргумента х 4 импульсной характеристики Ь(х) информационного импульсного сигнала (1) при первом нуль- пересечении С для дискретной задержки 0, (1 = 1) Х:1 -О-ЬИ 1Синхронизация работы блока 5 вычи тания осуществляется тактовой частотой (вычитание выполняется в момент поступления чисел с выхода накапливающего сумматора 16 на вторые входы блока 5 вычитания). Двоичный код, соответствующий сформированному значению аргумента х., импульсной характеристики, с выхода блока 5 вычитания поступает на адресные шины блока 6, в результате чего осуществляется выборка заранее записанной в нем строки данных - комплексного числа, соответствующего значению импульсной ха- . рактеристики Ь(х) при данном дискретном значении аргумента х 4.1, Упомянутая строка данных поступает на первый вход блока 7 сумматоров, на второй вход которого (под воздействием импульса тактовой частоты, проходящего через элемент ИЛИ 21) подается число, хранящееся в первой строке блока 22. По импульсу тактовой частоты содержимое всех строк блока 22 переменной памяти перезаписывается, смещаясь на одну строку по направлению ко входу блока 7 сумматоров, Результат сложения через открытый блок 23 запрета записывается в освободившуюся последнюю - М-ю строку блока 22 переменной памяти.С приходом очередного тактового импульса к содержимому накапливающего сумматора 16 добавляется величина Я. С помощью блока 5 вычитания осуществляется вычисление аргумента импульсной характеристики при следующем дискретном значении задержки Г;2 а 1 , при которой вычисляется значение выходного эффекта У(1 ).9494 8 45 50 55 5 10 15 20 25 30 35 40 Чтение соответствующей аргументу строки блока 6 и сложение с содержимым следующей строки данных блока 22 (которая поступает на второй вход блока 7 сумматоров под воздействием следующего импульса тактовой частоты) позволяет учесть вклад нуль-пересечения В в значение выходного эффекта при задержке 2 зT.Повторение указанной процедуры М раз позволяет учесть вклад нуль-пересечения 1 во все М параллельно формируемые отсчеты выходного эфФекта У () . После прихода М-ного импульса тактовой частоты счетчик 20 обнуляется, одновременно возвращая в исходное состояние "О" триггер 18, и ключ 19 закрывается, На этом цикл обработки информации, содержащейся в зарегистрированном нуль-пересечении й смеси сигнала и шума, заканчивается. За М тактов содержимое блока 22 переменной памяти циклически смес; тилось на М слов, т,е. к моменту прихода импульса очередного нуль-пере" сечения в первой строке 22 снова находится отсчет комплексного выходного эффекта, соответствующий первой из анализируемых задержек аТ .С приходом импульса очередного нуль-пересечения с выхода делителя 25 на управляющий вход ключа 3 производится перезапись содержимого выходного регистра блока 2 вычитания в буферный регистр 4. Этот же импульс обнуляет сумматор 16 и устанавливает в "О" триггер 18, в результате чего повторяется цикл обработки информации, содержащейся во временном положении очередного зарегистрированного импульса нуль-пересечения смеси сигнала и шума. Как уже отмечалось, импульсная характеристика 11( х) сигнала (й) отлична от нуля только при значениях аргумента О 3 хсТс. Поэтому, если "е нуль-пересечение зарегистрировано в момент йуТ+Ьс, оно уже не должно использоваться для Формирования выходного эффекта при Т = йь 1, . Более того, ии один из последующих импуль" сов нуль-пересечений 111 также не удовлетворит условию ненулевых значений импульсной характеристикй. Это означает, что комплексный выходной эффект для значения задержки ьГсформирован полностью, и он может быть переслан из первой ячейки блока 22,9 879494 10 1 О 15 20 формула изобретения через блок 7 сумматоров, ключ 8 и квадратор 9 в решающий блок 10.Опознание момента времени, в который необходимо прекратить накопле- " ние первого (очередного) отсчета выходного эффекта, осуществляется с помощью подключенного к выходу. блока 2 вычитания порогового блока 11. Появ ление сигнала превышения порога вблоке 11 никак не связано с импульсами нуль-пересечений измерительного сигнала и поэтому с большой вероятностью может произойти в то время, когда устройство занято обработкой информации, заключающейся в последнем из зарегистрированных нуль-пересечений.Чтобы обеспечить отсутствие сбоев за счет несинхронной работы, сигнал превышения порога запоминается в блоке 11 до окончания циклической процедуры по обработке последнего импульса нуль-пересечения - учету вклада за счет этого нуль-пересечения во все М формируемых отсчетов комплексного выходного эффекта. В мо мент ее завершения триггер 18 возв-. ращается в исходное состояние, блок 12 запрета открывается, и сигнал с выхода порогового блока 11 через элемент ИЛИ 21 поступает на тактирующий вход блока 22 переменной памяти. Под воздействием указанного импульса первая строка данных из блока 22- комплексное число, соответствующее комплексному выходному эффекту УЩидля задержки , = Ь через блок 7 сумматоров и открытый ключ 8 поступает в квадратор 9, где вычисляетсяквадрат его модуля 1 У(Г; )1 .Вычисленное значение отсчета выходного эффекта У(ф 1) Поступает в решающий блок 10.Так как первый (очередной) отсчет выходного эффекта уже сформирован и передан в решающий блок, в блоке 22 освобождается М-ная строка, в которой может быть начато формирование последующего (текущего) отсчета выходного эффекта для значения задерж" ки , (И+1)Ь Чтобы обнулить указанную строку блока 22 переменнойпамяти, в момент подачи импульса отпорогового блока 11 через элементИЛИ 21 на тактирующий вход блока 22закрывается блок 23 запрета. Сигналс выхода блока 11 через блок 12 запрета поступает также на управлякицийвход ключа 11, что ведет к увеличению содержимого накапливающего сумматора 15 на йГ. С поступлением очередных нуль-пере" сечений й и устройство продолжает циклическую обработку заключающейся в их временном положении информации до тех цор, пока снова не будет зафиксировано превышение порога вблоке 11, Это означает, что очереднойотсчет комплексного выходного эффекта сформирован полностью. После выполнения необходимых операций по пересылке отсчета выходного эффекта в решающее устройство и увеличения сонэк,2 в накапливающем сумматоре 15 на величину дТ обработка последунш 1 их нуЛь-пересечений продолжается.Длительность интервала наблюдения; в течение которого непрерывно формируются отсчеты выходного эффекта,ограничивается лишь разрядностью счетчика 1, накнлливающего сумматора 15 и блока 2 вычитания.Аппаратурный объем данного устройства существенно меньше, чем известного 21. Данное устройство содержитвсего один блок сумматоров при практи" чески неограниченной длительности интервала наблюдения, тогда как известное устройство для обеспечения анализа на интервале наблюдения Т 11 должно содержать йхТ 11)(ТС сумматоров, где И - число разрешимых элементов по дальности, укладывающихся на длительности информационного сигнала ТО, обычно И 10.Быстродействие данного устройства выше, чем известного, поскольку вычисление квадрата модуля отсчета комплексного выходного эффекта выполняется в текущем времени - все сформированные отсчеты У(Г;) с временвюм шагом дT подаются на вход квадратора, где по ним вычисляются отсчеты У(С;).В настоящем устройстве на длитель,.ность интервала наблюдения никаких принципиальных ограничений не накладывается, и оно может использоваться, например, дпя фиксации одиночных сооб щений (разовых команд), время прихода которых априорно известно, например, с вочностью до нескольких часов. Устройство для цифровой обработкисигналов, содержащее первый счетчик, 11 8 последовательно соединенные формирователь импульсов нуль-пересечений делйтель, первый ключ, буферный ре-. гистр, первый блок вычитания и блок постоянной памяти, последовательно соединенные квадратор и решающий блок, последовательно соединенные блок памяти, второй ключ и первый на-. капливающий сумматор, выходы которого подключены ко вторым входам первого блока вычитания, выход делителя подключен к управляющему входу триггера и установочному входу первого накапливающего сумматора, к выходу триггера подключены последовательно соединенные третий ключ и второй счетчик, выход которогоподключен к установочному входу триггера, после довательно соединенные пороговый блок и блок запрета, а также блок накапливающих сумматоров, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, снижения аппаратурного объема и расширениями функциональных возможностей, в него введены два ключа, вторые блок вычитания и накапливающий сумматор, элемент ИЛИ и последовательно соединенные второй блок запрета и блок переменной памяти, выход которого подключен к первому входу блока суме маторов, выход первого блока запрета 79494 12соединен с управляющими входами четвертого и пятого ключей второго блока запрета и первым входом элемента ИЛИ, выходы блока памяти через последовательно соединенные четвертый ключ и второй накапливающий сумматор подключены к первым входам второго блока вычитания, выходы которого подключены к входам порогового блока и пер- О вого ключа, выходы блока постояннойпамяти через блок накапливающих сум-.маторов соединены с выходами второго блока запрета и пятого ключа, выходы которого соединены со входами квадратора, выход третьего ключа подклю".чен к управляющему входу второго ключа и второму входу элемента ИЛИ выход которого соединен с. тактируки": щим входом блока переменной памяти, выход триггера подключен к управляющему входу первогоблока запрета, выхо" ды первого счетчика соединены с входами второго блока вычитания. 25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Заявка У 2551 б 87/18-21,кл.,О 01 В 23/1 б; О 01 5 9/44,31.03.78,2. Заявка Р 2765721/8-21;кл. С 01 В 23/16; О 01 5 9/44,21.02.80 (прототип).