Патент на изобретение №2383989

(54) УСТРОЙСТВО ОПТИМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в широкополосных системах связи, радиолокации и радионавигации. Обычно в оптимальных фильтрах обрабатывается шумоподобный сигнал только одной структуры, определяемой матрицей, для обработки сигнала другой структуры необходимо менять матрицу. Технический результат: расширение структур обработки шумоподобного сигнала. Устройство содержит многоотводную линию задержки (ЛЗ) (1), имеющую 2m отводов, которые образуют 2m вертикальных шин матриц (3), суммирующую линию задержки (2), имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной матрицей (3) и соответственно через 2m резисторов 10К горизонтальные шины соединены с n выходами соответствующих ключей К, сигнальные входы которых соединены с отводами ЛЗ (1), а управляемые входы – с выходами регистра сдвига (PC) (4). Сигнальный вход PC (4) соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) (5), вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов (ГТИ) (6) и тактируемыми, соединенными между собой входами PC (4). Применяя ГТИ, генератор ПСП, регистр сдвига и 2m ключей позволяют обрабатывать шумоподобный сигнал любой структуры, не меняя матрицы. 4 ил.

Предлагаемое устройство относится к области радиосвязи и может найти применение в широкополосных системах связи, радиолокации и радионавигации.

Известны устройства (оптимальные фильтры) оптимальной обработки сложных сигналов с большим по величине параметром F·Т (F – полоса частот, Т – его длительность), содержащие обычно многоотводную линию задержки и взвешивающие элементы. При этом отводы линии задержки располагаются через интервал времени 1/2F, поэтому их количество должно быть равно 2F·T. При больших значениях 2F·T (порядка тысяч) техническая реализация подобных устройств затруднительна.

Примером такого устройства может служить устройство по а.с. 723760.

При применении ультразвуковых линий задержки, которые должны иметь большое количество преобразователей, в каждом из которых происходит значительное затухание сигнала, поэтому необходимо его усиление с целью компенсации этого затухания, в результате чего возникают фазовые искажения (см. устройство по а.с. 849438).

Для линии задержки на кольцевых магнитных носителях требуется также большое количество головок минимальных размеров (Андреев И.Н., Бондаренко B.C. и др. Регулируемые линии задержки на магнитострикционном кристаллическом феррите. Электронная промышленность, 1983 г., вып.8 (125), стр.79).

Известны также многоотводные линии задержки с поверхностными аккустическими волнами (M.Л.З. ПАВ), но максимальное время задержки этих линий составляет 100 мкс, что является серьезным ограничением для применения согласованных фильтров на М.Л.З. ПАВ (см. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: “Р и С”, 1985 г., стр.352-360).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является “Устройство оптимальной обработки сложных сигналов”, а.с. 361445, G01P 19/02, СССР, принятое за прототип.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства прототипа, где введены следующие обозначения:

1 – многоотводная линия задержки;

2 – суммирующая линия задержки;

3 – взвешивающие элементы (матрица).

На фиг.2 показано построение суммирующей линии, в которой использованы сумматоры 4 на два входа и элемент задержки 5 на время , включенные последовательно через сумматоры. Входы Bx1; Вх2; Вх3Вхn суммирующей линии соединены с соответствующими горизонтальными шинами матрицы взвешивающих элементов.

На фиг.3 приведен пример выполнения одного взвешенного элемента матрицы.

Устройство-прототип содержит многоотводную линию задержки 1, m отводов которой образуют m вертикальных шин матрицы, к каждой из которых присоединены входы n взвешивающих элементов 3. Суммирующая линия задержки 2 имеет n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, к каждой из которых подключено m выходов взвешивающих элементов 3, причем первая горизонтальная шина матрицы соединена с выходом суммирующей линии задержки 2 (является выходом устройства).

Выходное напряжение U_вых.(t) аналогового линейного оптимального фильтра, импульсная реакция которого (t) отлична от нуля в интервале 0

где U_вх.(t) – напряжение на входе фильтра, существующее с момента времени t=0 и являющееся суммой полезного сигнала конечной длительности Т аддитивной помехи.

Если коэффициенты передачи взвешивающих элементов ₀; ₁; ₂;_mn-1 соответствуют выборочным значениям импульсной реакции (t), отстоящим на интервал времени =1/2F, напряжение на выходе фильтра имеет вид:

где

В данном устройстве при количестве выборочных значений импульсной реакции, равном N, используется m отводная линия задержки с общим временем задержки, равным Т, причем m<

Входной сигнал поступает в m отводную линию задержки 1, отводы которой располагаются через интервал времени n·. Напряжение с первого отвода линии (без задержки) поступает на взвешивающие элементы, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям ₀; ₁; ₂;_n-1, где величина n определяется из соотношения N=m·n.

Аналогично, напряжение со второго отвода линии (задержанное в линии на время n·) поступает на взвешивающие элементы, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям _n; _n+1; _n+2;_2n-1.

Таким образом, схема включает n групп взвешивающих элементов 3, содержащих по m элементов в каждой группе.

Выходы взвешивающих элементов объединяются внутри каждой группы и подключаются к соответствующим входам суммирующей линии задержки 2, причем задержка сигнала в суммирующей линии задержки 2 между соседними отводами, являющимися в то же время соседними входами линии задержки, .

Входное напряжение взвешивающих элементов со значением ₀ поступает непосредственно на вход устройства.

Входные напряжения, взвешенные со значениями ₁; ₂;_n-1, поступают на вход устройства с задержкой, соответственно, ; 2(n-1)·.

Входное напряжение, взвешенное со значениями _n; _n+1; _n+2;_2n-1, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, n·; (n+1)·; (n+2)·(2n-1)·.

Напряжения на выходе устройства в моменты времени, отстоящие на , будут иметь следующий вид:

;

;

Таким образом, устройство осуществляет обработку сигнала в соответствии с выражением (2), при этом используется линия задержки с количеством отводов, значительно меньшим 2F·T.

На фиг.2 показано построение суммирующей линии задержки 2, в которой использованы сумматоры 4 на два входа и элементы задержки 5 на время =1/2F, включенные последовательно через сумматоры 4.

Входы Bx1, Вx2, Вx3Вx·n суммирующей линии 2 соединены с соответствующими горизонтальными шинами матрицы взвешивающих элементов 3.

Устройство-прототип имеет недостаток: оно может работать с сигналом только одной структуры фазомодулированного сигнала, при работе с другой структурой ФМ сигнала необходимо менять матрицу, что вне обслуживаемых изделиях, где применять этот оптимальный фильтр невозможно, а работа данного устройства с сигналом только одной структуры снижает скрытность передаваемой информации.

Для устранения указанного недостатка в устройство, содержащее многоотводную линию задержки, имеющую m отводов, образующих m вертикальных шин матрицы, суммирующую линию задержки, имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, причем первая горизонтальная шина матрицы соединена с выходом суммирующей линии задержки и является выходом устройства, введены m выходных трансформаторов многоотводной линии задержки, первые отводы m трансформаторов соединены с первыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей K₁ матрицы соответственно, вторые отводы m трансформаторов соединены со вторыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей К₂, при этом средние точки m выходных трансформаторов соединены с корпусом; все выходы n ключей К₁ и К₂ через n резисторов 10К соединены с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, а управляемые входы всех ключей соединены с соответствующими выходами триггеров регистра сдвига, тактирующие входы регистра сдвига соединены между собой и с выходом генератора тактовых импульсов, причем сигнальный вход регистра сдвига соединен с выходом генератора псевдослучайных последовательностей, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

На фиг.4 изображена функциональная схема предлагаемого устройства, где введены следующие обозначения:

1 – многоотводная линия задержки;

2 – суммирующая линия задержки;

3 – взвешивающие элементы матрицы, выполненные на резисторах и ключах;

4 – регистр сдвига;

5 – генератор псевдослучайных последовательностей (ГПСП);

6 – генератор тактовых импульсов.

Предлагаемое устройство содержит многоотводную линию задержки 1, имеющую 2m отводов, которые образуют 2m вертикальных шин матриц 3; суммирующую линию задержки 2, имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы 3 и соответственно через 2m резисторов 10К горизонтальные шины соединены с n выходами соответствующих ключей К, сигнальные входы которых соединены соответственно с 2m отводами многоотводной линии задержки 1, а управляемые входы этих ключей соединены соответственно с n выходами регистра сдвига 4, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности 5, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов 6 и с n тактируемыми входами регистра сдвига 4, которые соединены между собой, а каждый из n входов суммирующей линии задержки 2, кроме того, соединен через n резисторов 1К с корпусом.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Входной ФМ сигнал поступает в многоотводную линию задержки 1, отводы которой располагаются через интервал времени n , причем отводы имеют заземленную среднюю точку для выделения противофазных сигналов.

Тактовые импульсы с генератора 6 поступают на тактируемые входы регистра сдвига 4 и генератора псевдослучайной последовательности 5. Сигнал с генератора ПСП 5 поступает на сигнальный вход регистра сдвига 4, заполняя его.

С выходов триггеров регистра сдвига 4 сигнал поступает на управляемые входы ключей К₁ и К₂, тем самым открывая ключ K₁ или К₂ в зависимости от состояния, в котором находится данный триггер регистра сдвига 4.

Сигнал с первого отвода многоотводной линии задержки 1 (без задержки) поступает на входы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям: ₀; ₁; ₂;_n-1, где величина n определяется из соотношения N=m·n, в свою очередь .

Аналогично, сигнал со второго отвода линии (задержанное на время n·) поступает на входы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям _n; _n+1;_2n-1.

Таким образом, схема включает n групп взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, содержащих по m элементов. Выходы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, объединяются внутри группы и подключаются к соответствующим входам суммирующей линии задержки 2, причем задержка сигнала в суммирующей линии задержки между соседними отводами, являющимися в то же время соседними входами линии задержки .

Входное напряжение, взвешенное со значением _o, поступает непосредственно на вход устройства.

Входное напряжение, взвешенное со значением ₁; ₂;_n-1, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, ; 2;(n-1)·.

Входное напряжение, взвешенное со значением _n; _n+1; _n+2;_2n-1, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, n·; (n+1)·; (n+2)·(2n-1)·.

Напряжение на выходе устройства в моменты времени, отстоящие на , будут иметь следующий вид:

;

;

.

Таким образом, устройство осуществляет обработку входного сигнала в соответствии с выражением (2).

И, кроме того, введение генератора тактовых импульсов, генератора псевдослучайных последовательностей, регистра сдвига, m ключей K₁ и m ключей К₂ и среднего заземленного отвода в многоотводной линии задержки позволяет оптимальному фильтру работать с любой структурой последовательностей ФМ сигнала.

Формула изобретения

Устройство обработки сложных сигналов, содержащее многоотводную линию задержки, имеющую m отводов, образующих m вертикальных шин матрицы, суммирующую линию задержки, имеющую n входов, каждый из которых соединен с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, причем первая горизонтальная шина матрицы соединена с выходом суммирующей линии задержки и является выходом устройства, отличающееся тем, что введены m выходных трансформаторов многоотводной линии задержки, первые отводы m трансформаторов соединены с первыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей K₁ матрицы соответственно, вторые отводы m трансформаторов соединены со вторыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей К₂, при этом средние точки m выходных трансформаторов соединены с корпусом; все выходы n ключей K₁ и К₂ через n резисторов 10К соединены с соответствующей горизонтальной шиной матрицы, а управляемые входы всех ключей соединены с соответствующими выходами триггеров регистра сдвига, тактирующие входы регистра сдвига соединены между собой и с выходом генератора тактовых импульсов, причем сигнальный вход регистра сдвига соединен с выходом генератора псевдослучайных последовательностей, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов.

РИСУНКИ