SU1481795A1 - Цифровой коррел тор дл обнаружени эхо-сигналов - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и предназначено дл  обнаружени  в реальном масштабе времени эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частоты. Цель изобретени  - повышение достоверности распознавани  эхо-сигналов. Коррел тор содержит преобразователи аналог-код 1, 4, элементы задержки 2, 9, преобразователь код-аналог 3, блок 5 преобразовани  Фурье, ключ 6, блок синхронизации 7, блок 8 формировани  экспоненциальной последовательности, генератор импульсов 10, блоки пам ти 11, 12, N блоков 13 вычислени  коррел ционных коэффициентов, N компараторов 14, регистр пам ти 15, элемент ИЛИ 16. Повышение достоверности распознавани  эхо-сигналов достигаетс  путем использовани  информации о комплексной структуре спектров эхо- и зондирующего сигналов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

фие.1

Изобретение относитс  к вычислительной технике и предназначено дл  обнаружени  в реальном масштабе времени эхо-сигналов, имеющих доппле- ровское смещение частоты.

Цель изобретени  - повышение достоверности распознавани  эхо-сигналов .

На фиг.1 изображена структурна  схема цифрового коррел тора дл  обнаружени  эхо-сигналов, на фиг.2 - структурна  схема блока вычислени  коррел ционных коэффициентов.

Цифровой коррел тор дл  обнаружени  эхо-сигналов (фиг.1) содержит первый преобразователь 1 аналог - код первый элемент 2 задержки, преобразователь 3 код-аналог, второй преобразователь 4 аналог - код,блок 5 преобразовани  Фурье, ключ 6, блок 7 синхронизации, блок 8 формировани  экспоненциальной последовательности, ,второй элемент 9 задержки, генератор 10 импульсов, первый 11 и второй 12 блоки пам ти, N блоков 13 вычислени  коррел ционных коэффициентов, N компараторов 14, регистр 15 пам ти, элемент ИЛИ 16.

Блок вычислени  коррел ционных коэффициентов (фиг.2) содержит с первого по шестой перемножители 17-22, первый 23 и второй 24 элементы вычитани , сумматор 25, первый 26 и второй 27 элементы пам ти, первый 28 и второй 29 элементы задержки, накапливающий сумматор 30.

Коррел тор работает следующим образом.

В случае обнаружени  отраженного эхо-сигнала в момент излучени  зондирующего импульса s(t) на вход запуска блока 7 синхронизации поступает запускающий импульс. С этого момента на вход преобразовател  1 аналог - код начинает поступать входной сигнал x(t).Преобразователь 1 аналог - код в моменты поступлени  импульсов с второго выхода блока 7 формирует выборочные значени  входного сигнала x(t). Очередное выборочное значение с выхода преобразовател  1 аналог-код поступает на вход элемента 2 задержки через интервалы времени Т. Это значение в процессе перемещени  по регистру задерживаетс  на врем  (К-1) Т и через нормально замкнутый ключ 6 вновь поступает на вход элемента задержки. В

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

результате через некоторое врем  элемент 2 задержки будет заполнен последовательностью из К-1 выборочных значений сигнала. В дальнейшем,после каждой циркул ции этих (К-1) значений с периодом (К-1)Т, через интервал Т по вл етс  импульс на втором выходе блока 7 синхронизации, размыкает ключ 6, запреща  подачу на вход элемента 2 задержки первого из хранимых импульсов, вместо него с выхода преобразовател  1 поступает очередное выборочное значение. Таким образом, обеспечиваетс  скольз ща  дискретизаци  входного сигнала и сжатие временного масштаба в К раз.

Объем К формируемой выборки выбираетс  таким образом, чтобы часть отсчетных значений, а именно К-Кф, могла содержать эхо-сигнал максимальной возможной длительности Тс (К-Кф) КТ, где (К-1)Т , врем , требуемое на вычисление преобразовани  Фурье обрабатываемого сигнала без учета одного такта. При этом длительность каждой сжатой копии эхо-сигнала равна ( - 1) Т. Указанные соотношени  необходимы дл  того, чтобы между моментом окончани  предыдущей и моментом начала следующей копии эхо-сигнала оставалс  промежуток времени () Т, достаточный дл  вычислени  преобразовани  Фурье экспоненциальной выборки очередной копии эхо-сигнала.

С выхода элемента 2 задержки выборочные значени  поступают на вход преобразовател  3 код - аналог, который производит преобразование дискретной последовательности в аналоговый сигнал (сжатие копии входного сигнала). Причем кажда  последующа  копи  отличаетс  от предыдущей за счет обновлени  записанной последовательности на одно выборочное значение .

Эти копии эхо-сигналов поступают на информационный вход второго преобразовател  4 аналог - код, который должен обеспечить новую дискретизацию , с неравномерным шагом дискретизации , измен ющимс  по экспоненциальному закону. Дл  этого на его вход управлени  подаетс  экспоненциальна  тактирующа  последователь- .ность с блока 8, формирующего эту последовательность длительностью Тс. Запуск этого блока осуществл етс 

периодически импульсами с второго выхода блока 7 синхронизации.

Формируема  на выходе .второго преобразовател  4 аналог - код экспоненциальна  выборка последовательно записываетс  во входной регистр блока 5 преобразовани  Фурье. Задержанный на врем  Те в элементе 9 задержки выходной импульс блока 7 синхронизации запускает процессор блока 5 преобразовани  Фурье и спуст  период времени TfT4). в выходных регистрах блока 5 преобразовани  Фурье оказываютс  сформированными две последовательности из М+1 чисел - действительные av и мнимые bi части дискретного спектра Фурье экспоненциальной выборки. По отношению к исходному сигналу x(t) эти последовательности одновременно представл ют собой комплексный спектр Меллина входного сигнала x(t). Обозначим его Мх(«Эр а; + ib; где 6Di - значени  частот спектра Меллина, дл  которых вычислены значени  ai, bj (j О,1,...,М).

Аналогичный спектр Меллина Ms(ti3{) с;.- + id; зондирующего сигнала s(t) может быть вычислен заранее . Значени  с; записываютс  в блок Н пам ти, a di - в блок 12.

Коррел ционна  функци  сигналов s(t) и x(t) по Меллину может быть вычислена через спектры Меллина этих сигналов с помощью формулы

У0

р(Ј; JMX(CJ) MЈ6uj) , (1)

о

где V In t.

Особенностью 0(Ј)  вл етс  то,что максимальное значение макс не зависит от масштабов сигналов, но положе.- ние этого максимума вдоль оси Ј смещаетс . Если x(t)s(t), то максимум в точке t 1. Если x(t)s(6t), где В - масштабный коэффициент, то максимум оказываетс  в точке Ј. 1+1пй. В св зи с этим в устройстве в блоках 13 вычислени  коррел ционных коэффициентов предусмотрено вычисление р(П дл  N различных с небольшим шагом в пределах области 1+lnB ,... .. ., 1-1пЙ(И„К(.. i

Из-за дискретного представлени  спектров Меллина дл  частот ,... ,&Э интеграл (1) с точностью до коэффициента 4ь замен етс  суммой ;.м

С MX(«J) м:ги,)е

-j;0 I Ъ I

где К 1,...,N.

17956

Кроме того, как показывает анализ

СВОЙСТВ ФУНКЦИЙ Mx(63j) И M(j),

p(t,o - чисто действительна  функци , поэтому после подстановки выражений MI(WJ) и Mc,(«j) в виде сумм действительных и мнимых частей окончательно получаем, что дл  обнаружени  сигнала s(Bt), замешанного в x(t) с Ю шумами, следует вычисл ть

м

(а;С - bsdj) costfjTK - - ( + ) sinojj . (2)

5

0

5

0

5

По импульсу с второго выхода блока 7 синхронизации (пока осуществл етс  накопление во входном регистре блока 5 преобразовани  Фурье очередной экспоненциальной выборки) запус-, каетс  генератор 10 импульсов, который своими импульсами осуществл ет синхронное считывание значений а , bj, c, dj из выходных регистров блока 5 преобразовани  Фурье и из блоков 11 и 12 пам ти. Считанные значени  подаютс  на четыре информационных входа всех блоков 13 вычислени  коррел ционных коэффициентов. Каждый блок вычисл ет (2) дл  своего значени  1Гк. Величины coster занос тс  заранее в элемент 26 пам ти (фиг.2), a siiKD.1 - в элемент 27. Перед началом вычислений все накапливающие сумматоры 30 обнул ютс  по сигналу с выхода элемента 9 задержки. Считывание данных из элементов 26 и 27 пам ти , осуществл етс  управл ющими импульсами с выхода генератора 10 импульсов , задержанными в элементе 28 задержки,на врем  срабатывани  перемножителей 1.7-20, сумматора 25 и элемента 23 вычитани . Указанные элементы формируют величины в круглых скобках формулы (2). После умножени  их на cos WJЈK и в перемно- жител х 21 и 22 и вычитани  в элементе 24 они подаютс  в накапливающий сумматор 30. Сигнал на разрешение очередного сложени  подаетс  на вход синхронизации накапливающего сумматора 30 через элемент 29 задержки , учитывающий запаздывание по влени  сигналов на выходах элементов 21, 22 и 24.

После накоплени  выходной сигнал ° накапливающего сумматора 30 каждого блока 13 вычислени  коррел ционных коэффициентов сравниваетс  в компараторах 14 с уровнем порогового на0

5

0

пр жени , который занесен в регистр 15 пам ти. В случае превышени  порогового уровн  в каком-либо компараторе на выходе элемента ИЛИ 16 по вл етс  сигнал, информирующий об обнаружении отраженного эхо-сигнала. Величина порогового уровн  либо определ етс  экспериментально, либо рассчитываетс  по какому-либо из известных критериев обнаружени , например , максимального правдоподоби .

Claims (2)

1. Цифровой коррел тор дл  обнаружени  эхо-сигналов, содержащий два преобразовател  аналог-код, блок синхронизации, блок формировани  экспоненциальной последовательности, ключ, два элемента задержки, преобразователь код - аналог и блок преобразовани  Фурье, причем информационный вход первого преобразовател  аналог - код  вл етс  входом эхо-сигнала коррел тора, а выход через монтажное ИЛИ подключен к информационному входу первого элемента задержки, вход синхронизации которого соединен с первым выходом блока синхронизации , выход первого элемента задержки подключен к информационному входу ключа и через преобразователь код- аналог к информационному входу второго преобразовател  аналог - код,выход которого соединен с информационным входом блока преобразовани  Фурье, второй выход блока синхронизации соединен с входами синхронизации первого преобразовател  аналог - код и второго элемента задержки, через блок формировани  экспоненциальной последовательности с входом синхронизации второго преобразовател  аналог - код, с управл ющим входом ключа, выход которого через монтажное ИЛИ подключен к информационному входу первого элемента задержки, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  достоверности разпознавани  эхо-сигналов , в него введены генератор импульсов , два блока пам ти, N блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов (N - количество разрешаемых ординат коррел ционной функции), N компараторов, регистр пам ти и элемент ИЛИ, причем второй выход блока синхронизации подключен к входу запуска генератора импульсов, выход

5

0

5

0

5

0

5

0

5

которого соединен с входами считывани  первого и второго блоков пам ти и с входами синхронизации блока преобразовани  Фурье и блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов, выход второго элемента задержки подключен к входам сброса блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов и входу запуска блока преобразовани  Фурье, выход операнда действительной части которого подключен к первым информационным входам блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов , выход операнда мнимой части блока преобразовани  Фурье соединен с вторыми информационными входами блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов, выход первого блока пам ти соединен с третьими Информационными входами блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов, выход второго блока пам ти соединен с четвертыми информационными входами блоков вычислени  коррел ционных коэффициентов , выходы которых подключены соответственно к первым информационным входам компараторов, вторые информационные входы которых соединены с выходом регистра пам ти, выходы компараторов подключены соответственно к входам элемента ИЛИ, выход которого  вл етс  выходом коррел тора, а вход запуска блока синхронизации  вл етс  входом запуска коррел тора.

2. Коррел тор по п.1, отличающийс  тем, что блок вычислени  коррел ционных коэффициентов содержит шесть перемножителей, два элемента вычитани , два элемента задержки , два элемента пам ти, сумматор и накапливающий сумматор, причем объединенные первые информационные входы первого и второго перемножителей  вл ютс  первым информационным входом блока, объединенные первые информационные входы третьего и четвертого перемножителей  вл ютс  вторым информационным входом блока,объединенные вторые информационные входы (второго и третьего перемножителей  вл ютс  третьим информационным входом блока, объединенные вторые информационные входы первого и третьего перемножителей  вл ютс  четвертым информационным входом блока, /выход первого перемножител  подключен к входу уменьшаемого первого элемента вычитани , вход вычитаемого которого

соединен с выходом третьего перемножител , а выход подключен к первому входу п того перемножител , второй вход которого соединен с выходом первого элемента пам ти, выход п того перемножител  подключен к входу уменьшаемого второго элемента вычитани , выход которого соединен.с информационным входом накапливающего сумматора, вход сброса которого  вл етс  входом сброса блока, а выход  вл етс  выходом блока, выход второго перёмножител  соединен с первым

го подключен к выходу четвертого перемножител , выход сумматора соединен с первым входом шестого перемножител , второй вход которого соединен с выходом элемента пам ти, а выход подключен к входу вычитаемого второго блока вычитани , входом синхронизации блока  вл етс  вход первого элемента задержки, выход которого соединен с входами считывани  первого и второго элементов пам ти и через второй элемент задержки соединен с входом синхронизации накапливающего сум

входом сумматора, второй вход которо- ig матора.