Устройство для адаптивного подавления помех

3Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в автоматизированных системах управления воздушным движением с дискретным режимом обзора для выделения ситтталов на фоне помех с неизвестными корреляционными свойствами.Целью изобретения является повьппение точности.На фиг, 1 представлена структурная электрическая схема устройства для адапта,гивного подавления помех; на фиг, 2 - то тке блока обнаружения кромок помех; на фиг. 3 - то же коммутатора; на фиг, 4 - то )ке блока формирования весовых коэффициентов; на фиг,5 - то же коррелятора; на фиг, б - то же измерителя междупериодного двига фазы помехи; на фиг. 7 - то жемножителя комплексных чисел второй уппы; на фиг, 8 - то же сумматора; на иг. 9 - то же умножителя комплексных исел первой группы; на фиг. 10 - то же лемента задержки; на фиг. 11 - то же ычислителя весовых оэффициентов; на иг, 12 - то же сумматора комплексных исел; на фиг. 3 - то же узла вычисления тяодуля; на фиг. 14 - то же фазовращателя; а фиг. 15 - то же узла усреднения,Устройство адаптивного подавлены потяех содержит М(М - целое число) корреляторов 2, первую и вторую труппы из Мементов 5 и 9 соответственно задержки,ервую и вторую грунты из М множителей 3 и 4 комплексных чисел соответственно,тор 1 комплексных чисел, первый 7 и в, рой 8 элементы задержки, измеритель 10 жеждупериодного сдвига фазы помехи и блок б формирования весовых коэффициентов, 1-й (= 1, Ю выход которого подключен к первому входу 1-то умножителя 3 комплекС 1 тых чисел первой группы, выход которого язляется информационным выходом устройства, информационным входом которого являются соединенные между собой первый в 1 тод измерителя 0 междупериодного сдвига фазы помехи и вход первого 7 элемента задержки, выход которого подклточен к первому входу 1-го коррелятора 2, входу второго элемента 8 задержки и второму входу второго элемента 8 задержки и в рому входу измерителя 10 междупериодн то сдвига фазы помехи, выход которого подключен к первому входу 1-то умножителя 4 комплексных чисел второй группы, выход кторого подключен к входу т-го элемента 5 задержки первой группы, выход которого п(дключен к входу 1-го элемента 9 задержки врой группы и второму входу 1-го 80266 4коллектора 2, выход которого подключен к входу блока б формирования весовых коэффициентов, выход второго 8 элемента задержки подключен к второму входу умножитедя 4 комплексных чисел второй группы и (а+1)-у входу сумматора 1 комплексных чисел.Кроме того, устройство содержит введенные дополнительно блок 11 обнаружения кромок помех, коммутатор 12, группу из М коммутаторов 13 и группу из М сумматоров 14 комплексных чисел, причем выход 1-го элемента 9 задержки второй группы подключен к информационному входу т-го коммутатора 13 группы, выход которого подключен к первому входу 1-го сумматора 14 комплексных чисел трщпы, выход которого подключен к второму входу 1-го умножителя 3 комплексных чисел первой группы, выход 1-го (,) ="1) сумматора 14 комплексных чисел группы подключен к второму входу (1+1)-го умножнтеля 4 комплексных чисел второй группы, а выход М-го сумматора 14 комплексных чисел группы подключен к (а+2)-у входу сумматора 1 комплексных чисел, выход второго 8 элемента задержки подключен к информационному входу коммутатора 12 и инфрмационному входу блока 11 обнаружения вромок помех, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к ,ш+1)-у входу блока б формирования весовых коэффициентов, управляющему входу 1-го коммутатора 13 группы и управляющему входу коммутатора 12, выход которого подключен к второму входу 1-го сумматора 14 комплексных чисел руппы, причем блок 11 обнаружения кромок помех (фиг, 2) содержит триггер 21, блок памяти 24, два элемента 17, 20 задержки, два элемента 18, 22 НЕ, два элемента 19, 23 И, компаратор 16 и узел 15 вычисления модуля, выход которого подключен к первому входу компаратора 16, выход которого подключен к первому входу первого 19 элемента И, входам первого 17 элемента задержки и первого элемента 18 НЕ, выход которого подключен к первому установочному входу триггера 21, выход которого является первым выходом блока обнаружения кромок помех, вторым выходом которого является выход второго 23 элемента И, выход первого 17 элемента задержки подключен к второму входу 23 элемента И и входу второго 22 элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу первого 19 элемента И, выход которого является третьим выходом блока обнаружения кромок помех и подключен квходу второго 20 элемента задержки, выходкоторого подключен к второму установочному входу триггера 21, вход узла 15вычисления модуля и второй вход компаратора 16 является соответственно информационным входом и входом задания порога блокаобнаружения кромок помех.Кроме того, блок б формированиявесовых коэффициентов (фиг.4) содержитузел 27 постоянной памяти, вычислитель 28весовых коэффициентов, первую и вторуюгруппы из Мключей 29, 30 соответственно,группу из Мсумматора 31 и элемента 32НЕ, выход которого подключен к управляющему входу и-го (и = 1 И 1) ключа 30второй группы, выход которого подключен кпервому входу и-го сумматора 31 группы,выход которого является п-м выходом блока,1-м входом которого является 1-й адресныйвход вычислителя 28 весовых коэффициентов, и-й выход которого подключен кинформационному входу и-го ключа 30второй группы, и-й выход узла 27 постоянной памяти подключен к информационномувходу и-го ключа 29 первой группы, второйвход и-го сумматора 31 группы подключенк выходу а-го ключа 29 первой группы, 1-йадресный вход вычислителя 28 является 1-мвходом задания коэффициентов блока,(М+1)-м входом которого являются соединенные между собой вход элемента 32 НЕ иуправляющий вход и-го ключа 29 первойгруппы,Остальные блоки выполнены аналогичносоответствующим блокам прототипа.Коррелятор 2 (фиг. 5) содержит сумматоркомплексных чисел 33, первый узел 34вычисления модуля, первый узел 35 усреднения, делитель 36, первый сумматор 37,второй узел 38 вычисления модуля, второйсумматор 39, второй узел 40 усреднения,третий узел 41 вычисления модуля и узел42 памяти.Измеритель 10 междупериодного сдвигафазы помехи (фиг. 6) содержит сумматоркомплексных чисел 43, узел 44 вычислениямодуля, фазовращатель 45, сумматор комплексных чисел 46, узлы 47,48 вычислениямодуля, сумматор 49, узел 50 вычислениямодуля, сумматор комплексных чисел 53,узлы 54 и 55 усреднения, делители 56, 57,Умножитель 4 комплексных чисел второйгруппы (фиг.7) содержит два канала 58, 59,каждый из которых содержит первыйумножитель 60, второй умножитель 61 исумматор 62,Сумматор 1 комплексных чисел (фиг,8)содержит первый 63 и второй 64 сумматоры. 5 1802616 6Умножитель 3 комплексных чисел первойгруппы (фиг,9) содержит первый 65 и второй66 умножители.Элементы 5,7,8,9 задержки (фиг,10)содержат первый 67 и второй 68 узлызадержки,Вычислитель 28 весовых коэффициентов(фиг.11) содержит сумматоры 69,70,71,делитель 72, узел памяти 73 и элемент НЕ74.Сумматор 33 (43,46,53) комплексныхчисел (фиг,12) содержит первый 75 и второй76 сумматоры.Узел 15 (фиг, 34, 38, 41, 47, 48, 50, 52)вычисления модуля (фиг.13) содержит первый 77 и второй 78 квадраторы и сумматор79.Фазовращатель 45 (фиг. 14) содержитинвертор 80.Узлы 35, 40 усреднения и-го коррелятора2 и узлы 54, 55 усреднения измерителя 10междупериодного сдвига фазы помехи(фиг.15) содержат и элементов 81 задержки,первый 82, второй 83 сумматоры и соответственно М-а и и элементов 84 задержки,Устройство для адаптивного подавленияпомех работает следующим образом,Квадратурные составляющие суммы сигнала и пассивной помехи или только однойпомехи, описываемые в каждом элементеразрешеюы по дальности последовательностью ком.плексных величин1( ) ф+ф)) (1)где р - доплеровский сдвиг фазы за периодповторения Т, поступают в первый элементзадержки 7, в котором задерживаются напериод повторения Т, Задержанные величины Б с выхода первого элемента 7задержки поступают на первые и вторыевходы измерителя 10 междупериодного сдвига фазы помехи, корреляторов 2 и второгоэлемента 8 задержки, На другие входыизмерителя 10 междупериодного сдвиги фазыпомехи поступают незадержанные величиныОнепосредственно со входа устройства,0 0Величины1 и ) суммируются (вычитаются) в сумматорах 43 и 46 измерителя10 междупериодного сдвига фазы помехи(фиг,б) путем сложения (вычитания) соответственных проекций этих величин(фиг,12), при этом величина 11, на сумматор43 поступает непосредственно, а на сумматор46 через фазовращатель 45, осуществляющийв соответствии с своей структурой (фиг,14)поворот фазы и комплексной величины Она угол ю/2,02616 10 9 18 вход первого элемента И 19 поступают импульсы, задержанные на период повторения Т, в первом элементе 17 задержки и инвертированные в первом инверторе 18. В результате на выход первого элемента И 19, который является первым выходом блока 11 обнаружения кромок помех, проходит единичный импульс только в первом периоде после появления помехи, Этот импульс, задерживаясь на М периодов повторения Т, во втором элементе 20 задержки, запускает триггер 21, Срабатывание второго элемента И 23 происходит только в следующем после окончания пачки периоде, При этом импульс, снимаемый с выхода второго элемента И 23, обнуляет триггер 21. В результате на выходе триггера 21 формируется положительный потенциал, который снимается с третьего выхода блока 11 обнаружения кромок помех. При работе вне кромок помехи при наличии на обоих входах триггера нулевых потенциалов он находится в состоянии хранения информации,Импульсом, снимаемым с первого выхода блока 11 обнаружения кромок помех, замыкаются ключи 25,26 коммутатора 12 (фиг, 3) и комплексные проекции первого отсчета поступают на входы умножителей 3,4 комплексных. чисел через дополнительные сумматоры 14, Сразу при появлении помехи в образовании выходной величины устройства для адаптивного подавления помех принимают участие взвешенные в умножителях 3 комплексных чисел 1 группы выходных величины всех дополнительных сумматоров 14, Это приводит к устранению переходных процессов по передней кромке помехи и, следовательно, к более эффективной компенсации помех, в отличие от прототипа, в котором М первых отсчетов проходят на выход нескомпенсированными, После прихода первого отсчета помехи на выходе устройства образуется величина, эквивалентная его значению, умноженному на коэффициент передачи на нулевой доплеровской частоте, так как выходные величины дополнительных сумматоров 14 синфазны. С привода второго отсчета коммутатор 12 размыкается, на выходе устройсгва образуется величина смеси сигнала и коррелированных за один период остатков помехи, Таким образом, эффективность подавления помехи нарастает и достигает предельного значения к приходу (М+1) -го импульса,Потенциал, снимаемый по окончании пачки со второго выхода блока 11 обнаружения кромок помех, размыкает дополнительные коммутаторы 13, тем самым стирая информацию предшествующего углового положения луча и подготавливая элементы 5,9 задержки первой и второй групп для принятия новых данных в другом угловом положении. В результате устраняется переходный процесс по задней кромке помехи.С выхода умножителя 4 комплексных чисел второй группы через элемент 5 задержки первой группы, осуществляющий задержку на Т;1 обрабатываемые величины поступают в элемент 9 задержки второй группы на соответствующие входы первого коррелятора 2, На соответствующие входы других корреляторов 2 поступают комплексные числа, соответствующие другим периодам повторения, задержанные элементы 5,9 задержки первой и второй групп на время, кратное Т,.В корреляторах 2 вычисляются оценки междупериодных коэффициентов корреляциир 1 сМ+1помехи " согласно алгоритмуи+ я+р =+ Я Я х1:к = н+ в+0 +10 ; ; х)ск )и 1 которые затем поступают в блок 6 формирования весовых коэффициентов, Оценки, подобно оценке е, вычисляются с задержкой, Для реализации соответствия обрабатываемых величин среднему элементу разрешения в выборках из Х+1 усредненных элементов, по которым вычисляются оценки ри", а затем весовые коэффициенты фильтра, обрабатываемые отсчеты перед поступлением в умножители 3 комплексных чисел первой группы задерживаются на время 1,= (гХ)/2+1, в элементах 9 задержки второй группы,Вычисление оптимальных весовых коэффициентов, реализующих предельные возможности выделения сигнала на фоне поступающей помехи, происходит в блоке 6 формирования весовых коэффициентов пор поступающим на его входы оценкам Критерий адаптации вектора весовых коэффициентов О построен на максимизации коэффициента улучшения отношения сигнал/помеха т, т,фф) =С ВС/С ВС,с в(6)где ф - доплеровский сдвиг фазы сигнала запериод повторения;К й, - соответственно корреляционныематрицы сигнала и помехи.1802616 12 Учитывая ижекторного фи предполагаявел 9 чины р внайдем; нвариантн ильтра к п равномер интервалеость структуры реараметрам сигнала ное распределение 0,2 л; ,ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ и т, т,(7) П ереходя в соответствии с адаптивнымбайесовским подходом к оценочным значенюф матрицы 1 скритерий адаптациизапишем в следующем виде;т,и = мах(С С/С В С)в (8)оптимальный вектор 0 формируется впроцессе адаптации на основе оценокй = р (Д,)с)е)Ы И (9)и является собственным вектором матрицыВсоответствующим ее минимальномусобственному значению Л, 1/р и вобем случае имеющим вид О ( 8,е),Коэффициенты яопределяютсяр (Д, )величинами и и значением Л,.лПовороты на углы 1 с У реализуются припоследовательность прохождении обрабатываемы)с отсчетов через умножители 4 комплексны чисел второй группы. Конкретный видадаптивных алгоритмов определяется дляча х случаев. Соответствующие результа приводятся в таблице,еличина Л, при М 3 ввиду ее малостине )читывается,вычисление коэффициентов япроизводится в вычислителе 28 весовых коэффициентов блока 6, Пример конкретноговыполнения вычислителя весовых коэффициента приведен на фиг,11,переходном режиме работы оценкир,вычисляются с ошибкой, Поэтому доокончания переходного режима в устройстведля адаптативного подавления помех в 1. Устройство для адаптивного подавления помех, содержащее М(М - целое число) корреляторов, первую и вторую группы из М элементов задержки, первую и вторую группы из М умножителей комплексных чисел, сумматор комплексных чисел, первый и второй элементы задержки, измеритель междупериодного сдвига фазы помехи и блок форйирования весовых коэффициентов, 1-й (1=1 И) выход которого подключен к обработке принимают участие величины постоянных весовых коэффициентов, хранящихся в узле 27 постоянной памяти, По окончании переходного процесса импульс снимаемый с третьего выхода блока 11 обнаружения кромок помех поступает на (М+1)-й вход блока 6 формирования весовых коэффициентов (фиг,4), При этом размыкаются ключи 29, отключая выходы узла 27 постоянной памяти от первых входов сумматоров 31. Возникающий на выходе элемента НЕ 32 потенциал замыкает ключи 30, в результате чего к вторым входам сумматоров 31 подключаются входы вычислителя 28 весовых коэффициентов, и на умножители 3 комплексных чисел первой группы поступают коэффициенты, при помощи которых реализуется адаптивное подавление помех. По окончании импульса замыкаются ключи 29, а потенциалом с выхода элемента НЕ 32 размыкаются ключи 30, При этом выходы вычислителя 28 весовых коэффициентов подключаются по окончании переходного режима в тот момент, когда измерены всер (1 с = 2, М+1)величины помехи.Рассчитанные в вычислителе 28 весовых коэффициентов весовые коэффициенты либо коэффициенты, записанные в узле 27 постоянной памяти, с выходов блока б поступают в соответствующие умножители, в которых осуществляется скалярное умножение на них задержанных проекций обрабатываемых сигналов. В сумматоре 1 комплексных чисел происходит раздельное суммирование одноименных взвешенных проекций обрабатываемых сигналов, В сумматоре 1 комплексных чисел происходит раздельное суммирование одноименных взвешенных проекций и образование выходной величины устройства для адаптивного подавления помех, При этом происходит режектирование помехи и выделение полезного ситнала,первому входу 1-го умножителя комплексных чисел первой группы, выход которого подключен к 1-му входу сумматора комплексных чисел, выход которого является информационным выходом устройства, информационным входом которого являются соединенные между собой первый вход измерителя междупериодного сдвига фазы помехи и вход первого элемента задержки, выход которого подключен к первому входу1-го коррелятора, входу второго элемента задержки и второму входу измерителя междупериодного сдвига фазы помехи, выход которого подключен к первому входу 1-го умножителя комплексных чисел второй группы, выход которого подключен к входу 1-го элемента задержки первой группы, выход которого подключен к входу 1-го элемента задержки второй группы и второму входу 1-то коррелятора, выход которого подключен к 1-му входу блока формирования весовых коэффициентов, выход второго элемента задержки подключен к второму входу умножителя комплексных чисел второй группы и (ш+1) - входу сумматора комплексных чисел, отили чаю щееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены дополнительно блок обнаружения кромок помех, коммутатор, группа из М коммутаторов и группа из М сумматоров комплексных чисел, причем выход т-го элемента задержки второй группы подключен к информационному входу т-го коммутатора группы, выход которого подключен к первому входу 1-го сумматора комплексных чисел группы, выход которого подключен к второму входу 1-го умножителя комплексных чисел первой группы, выход )-го (,3=1 "1 1) сумматора комплексных чисел группы подключен к второму входу +1)-го умножителя комплексных чисел второй группы, а выход М-го сумматора комплексных чисел группы подключен к (М+2)- входу сумматора комплексных чисел, выход второго элемента задержки подключен к информационному входу коммутатора и информационному входы блока обнаружения кромок помех, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к (ш+1)-му входу блока весовых коэффициентов, управляющему входу 1-го коммутатора группы и управляющему входу коммутатора, выход которого подключен к второму входу 1-го сумматора комплексных чисел группы, причем блок обнаружения кромок помехи содержит триггер, два элемента задержки, два элемента НЕ, два элемента И, компаратор и узел вычисления модуля, выход которого подключен к первому входу компаратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента И, входам первого элемента задержки и первого элемента НЕ, выход которого подключен кпервому входу второго элемента И, выход которого подключен к первому установочному входу триггера, выходкоторого являетсяпервым выходом блока обнаружения кромок помех, вторым выходом которого являетсявыход второго элемента И, выход первого элемента задержки подключен к второму входу второго элемента И и входу второго элемента НЕ, выход которого подключен к второму входу обнаружения кромок помех и подключен к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к второму установочному входу триггера, вход узла вычисления модуля и второй вход компаратора являются соответственно информационным входом задания порога блока обнаружения кромок помех.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования весовых коэффициентов содержит узел постоянной памяти, вычислитель весовых коэффициентов, первую и вторую группы из Мключей, группы из Мсумматоров и элемент НЕ, выход которого подключен к управляющему входу и-го (и=1 1( 1) ключа,а второй группы, выход которого подключен кЖ первому входу и-го сумматоров 31,группы, выход которого является и-м выходом блока, 1-м входом которого является 1-й адресный вход вычислителя весовых коэффициентов, и-й выход которого подключен к информационному входу и-го ключа второй группы, и-й выход узла постоянной памяти подключен к информационному входу и-го ключа первой группы, второй вход и-го сумматора группы подключен к выходу и-го ключа первой группы, 1-й адресный вход вычислителя является 1-м входом задания коэффициентов блока, (М+1) -м входом которого являются соединенные между собой вход элемента НЕ и управляющий вход и-го ключа первой группы,%а,.Й ФиГ. г 1873, Москва, Бережковская наб., 24 стр. Производственное предприятие Патент Заказ 17 п Подписно ВНИИПИ, Рег. ЛР й 040720 113834, ГСП, Москва, Раушская наб., 4/5