SU832508A1 - Адаптивный фильтр - Google Patents

Description

(54) АДАПТИВНЫЙ ФИЛЬТР

Изобретение относитс  к технике ра диолокации и может использоватьс  в системах с использованием принципов отражени  радиоволн от облучаемого объекта с целью обнарухсени  объекта, определени - дальности или относительной скорости его движени . Известен адаптивный фильтр, содержащий блок выборки, N выходов которого соединены с соответствующими N входами обел ющего фильтра, ведомый фильтр, N входов которого соединены с соответствуквдими N выходами источника ожидаемого сигнала, а входы регулировани  соединены с соответствующими регулирующими выходами обел ю- щего фильтра, и блок перемножени  1J Однако, известный адаптивный фильт низкую помехозащищенность и очень сложен. Цель изобретени  - увеличение помехозащищенности и упрощение устройства . Дл  этого в адаптивный фильтр, содержащий блок выборки, N выходов которого соединены с соответствующими N входами обел 101дего фильтра, ведо- мый фадльтр, N входов которого соединены с соответствующими N выходами источника ожидаемо го сигнал а, а входы регулировани  соединены с соответству1эщими регулирующи 4и выходами обел квдего фильтра , и блок перемножени , введены первый и второй блоки нормировани , при этом N выходов обел ющего фильтра соединены с первыми N входами блока перемножени  через первый блок нормировани , N выходов ведомого фильтра соединены с вторыми N входами блока перемножени  через второй блок нормировани , а N регулирующих выходов первого блока нормировани  соединены с N входами регулировани  вторрго блока нормировани . При этом обел ющий- фильтр содержит N. каналов, выполненных в виде последовательно включенных автокомпенсаторов , число которых на единицу меньше номера кансша, при этом выход каждого канала соединен с вторыми входами тех автокомпенсаторов других каналов , номер которых (автокомпенсаторов ) совпадает с номером указанного выше канала, а N входами, N выходами и регулирующими выходами обел ющего фильтра  вл ютс  соответственно первые входы первых автокомпенсаторов каждого из каналов, выходы последних автокомпенсаторов каждого из каналов, и вторые выходы всех автокомпенсаторов казхдого из каналов, причем вход и выход первого канала соединены между собой. Кроме того, ведомый фильтр содержит N каналов, выполненных в виде пос ледовательно включенных регул торов, число которых на единицу меньше номера канала, при этом выход каждого } анапа соединен с вторыми входами тех регул торов других каналов, номер которых (регул торов) совпадает с номером указанного выше канала, а N .входами регулировани  и выходами ведомого фильтра  вл ютс , соответственно первые входы первых регул торов каждого из кансшов, третьи входы всех регул торов каждого из каналов и выходы последних регул торов каждого из каналов, причем вход и выход первого канала соединены меж ду собой. При этом первый блок нормировани  содержит N каналов, каждый из которых содержит элемент нормировани , при этом N входами, N выходами и N регулирующими выходами первого блока Нормировани   вл ютс  соответственно входы, первые и вторые выходы элементов нормировани  всех каналов. Причем второй блок нормировани  содержит N каналов, каждый из которы содержит усилитель, при этом N входа ми, N входами .регулировани  и N выходами второго блока нормировани   в л ютс  соответственно первые и вторы входы и выходы усилителей всех каналов . Кроме того, автокомпенсатор содержит последовательно включенные коррел тор, усилитель и сумматор, выход которого соединен с первым входом коррел тора, второй вход коррел тора- соединен с вторым входом ус лител  и  вл етс  вторым входом авто компенсатора, первым входом и первым и вторым выходами которого  вл  ютс  соответственно второй вход сумматора , выход сумматора и выход коррел тора . При этом регул тор содержит последовательно включенные усилитель и сумматор, при этом первым и вторым и третьим входами и первым и вторым выходами регул тора  вл ютс  соответственно второй вход сумматора, первый и второй входы усилител  и выход сумматора . На фиг. 1 представлена, структурна  электрическа  схема предлагаемого адаптивного фильтра в случае N«4; на фиг. 2 - вариант выполнени  автокомпенсатора; на фиг. 3 - вариант выполнени  регул тора. Адаптивный фильтр содержит блок 1 выборки,, обёл кидий фильтр 2, состо щий из четырех каналов 3, выполHeHHEJx в виде последовательно включенных автокомпенсаторов 4, число которых на единицу меньше номера канала, разделенные на столбцы (4., 4), ведомый фильтр 5, содержащий четыре канала б, выполненные в виде последовательно включенных регул торов 7, число которых на единицу меньше номера канала, разделенные на столбцы (7 , 1, 7j), источник 8 озхидаемого сигнала, блок 9 перемножени , первый блок 10 нормировани , содержащий четыре канала 11, ка)адый из которых сострит из элемента 12 нормировани , второй блок 13 нормировани , содержащий четыре канала 14, каждый из которых состоит из усилител  15. Кроме того, автокомпенсатор 4 (фиг. 2) состоит из коррел тора 16, усилител  17 и сумматора 18, а регул тор 7 (фиг. 3) состоит из усилител  19 и сумматора 20. Адаптивный фильтр работает следующим образом. Хорошо известно, что оптимальна  обработка при обнаружении известного сигнала на фоне окрашенного шума определ етс  выражением is l/ w ,5 где Л - порог oбнapyжeни  S - вектор выборок напр жений ожидаемого сигнала, I- вектор выборок напр жений входного случайного процесса, Ц - матрична  импульсна  характеристика обел ющего фильтра, Е - выходное напр жение согласованного фильтра-. Левую часть выра кени  (1) можно (Сформировать на практике различными пут ми. Первый из них - это использование обел ющих фильтров с импульсной характеристикой Н, примен етс  в известном устройстве и предлагаемом. Второй - реализуетс  в ранее известном устройстве. В нем реализуетс  обработка вида , где L - импульсна   характеристика оптимального фильтра, равна  ,H, QS а Q - матрица, обратна  ковариационной матрице окрашенного шума. Как видно из (2) импульсна  характеристика предлагаемого оптимального фильтра зависит от коррел ционных .Свойств окрашенного шума. Причем на практике эти свойства априори неизвестны. Поэтог дл  построени  обнаружител  известного сигнала на фоне окрашенного шума необходимо , чтобы импульсна  характеристика оптимального фильтра автоматически подстраивалась пвд статические характеристики окрашенного шума, т.е. чтобы фильтр был адаптивным. Рассмотрим подробнее работу предлагаемого адаптивного фильтра. Хорешо известно, что обел ющий фильтр это такой фильтр, который осуществл ет преобразование вектора выборок напр жений окрашенного шума т.г , 2. N вектор выборок белого шума YI, У,1, .../Чм т.е. таких выборок, ковариационна  матрица которых определ лась бы выражением Min , где Mf.) - означает статистическое осреднение , а 1 - единична  матрица. Иными словами, условие (3) показывает , что выборки напр жений, вз тые из различных каналов адаптивного филь ра,, некоррелированы. Учитыва  это обсто тельство , мы может из выборок напр жений , . . ., сформировать выборки белого шума К| , .. . ,1 с помощью известной процедуры ортогонализадии Грама-Шмидта, имеющий еледующий вид l.t.. ,% l3-,-l,A-S2 h -L i-i , Весовые коэффициенты К л ютс  из услови  взаимной лированности напр жений 0 при Uj и i, j и равны -if 1

Из последней формулы видно, что коэффициенты представл ют собой коэффициенты регрессии соответствующих величин i и lj . Хорошо известцо , что адаптивное определение неизвестных коэффициентов регрессии можно осуществл ть устройством с коррел ционной обратной св зью, а именно автокомпенсатором 4.

На фиг. 1 схематически изобраокеиа работа устройства на примере четырехканального адаптивного фильтра.

В случае, когда на входе блока 1 выборки присутствует напр жение окрашенного шума, на eiro выходгос формируютс  4-е выборки напр жений, которые попарно коррелированы между собой. При этом начинают работать первые автокомпенсаторы 4 первого столбца всех кангшов обел ющего фильтра. Их Зсщача состоит в том, чтобы входные напр жени  были некоррелированы с напр х ением первого канала, т.е. с .

3-.-S2lii

-- ;4 4Па45

.А коэффициенты К 42 выбрать рсшными

V - Н 1:Ызг- Wbi-lzl Nv 4iV|ir И

Таким образом, усилители 17 вторых автркомпенсаторов 4-г должны иметь

коэффициенты усилени  К 42 чаекие на выходах коррел торов 16, на первый вход которых поступает значение l,j, а на вторые .входы т) .Напр жени  V иi) используютс  в качестве входных дл  третьих автокомпенсаторов 4 третьего ст.олЗца всех каналов. Задачей их  вл етс  получение напр жени  Ч4из 4 ° формуле

Д4

Claims (7)

1. которое бы было некоррелированным с аким обрдзом, первые автокомпенры 4 всех каналов должны осувить операцию .- 4- 4iir- V тобы IJ,, Kin и .9 были некоррелины с 1),, , необходимо выбрать фициенты .1 . NVl li-t1i NTVTTr IHi-l l , bi- /AlVM . i, . ..IkMrM iJiL. 4-1 АлП-сЧЛ Это означает, что усилители 17, вход щие в состав автокомпенсаторов 4, должны иметь коэффициенты усилени  К21, К34 и К , Их подстройка осуществл етс  с помощью коррел торов 16, иа первый вход которых посту пают значени  с выходов соответствующих сумматоров 18. Напр жени  и «,4. используютс  в качестве вход ных дл  вторых автокомпенсаторов 4 второго столбца всех каналов, которые должны обеспечить некоррелированность своих выходных напр жений V-J и Л) с напр жением и Но мы уже обеспе чили некоррелированность напр жений .. ПоЭ тому необходимо, чтобы 4 были не. коррелированы . Эти значени  получаютс  из э фор14улам HI того, чтобы это условие выполн лось,необходимо,чтобы коэффициент усилени  усилител  17 был равен г 43 , Эта величина получаетс  на выходе коррел тора,на один вход которого поступает величинаП, а на второй вход П4- Таким образом с помощью предлагае мого адаптивного фильтра автоматичес ки осуществл етс  ортогонализаци  на пр жений , , 5 и . Ковариационна  матрица выходных н пр жений 1 , , 1-5 , J имеет диагональный вид и, чтобы напр жение шума на выходах адаптивного фильтра имело единичные дисперсии, необходимо каждую из компонент отнормировать, что и достигаетс  с помощью блока 10 нор мировани  в ка;кдом из каналов обел ю щего фильтра. Из алгоритма обнаружени  (1) следует , что в схеме адаптивного фильтр необходим еще один фильтр, импульсна  характеристика у которого IaKaH же, как и у рассмотренного обел ющего фильтра совместно с первым блоком нормировани , а напр жени  с его выходов скал рно перемножаютс  с выход ными напр жени ми первого блока нормировани  в блоке 9 перемножени . Этот фильтр, включающий в себ  ведомый фильтр 5 и второй блок 13 но мировани , должен иметь коэффициенты передачи регул торов ведомого фильтр и усилителей второго блока нормирова ни  точно такие как соответствующие коэффициенты передачи автокомпенсато ров обел ющего фильтра 2 и элементов нормировани  первого блока 10 нормировани . Поэтому дл  регулировки значений коэффициентов усилени  усилителей в регул торах ведомого фильтра 5 используютс  напр жени  со вторых вы .ходов соответствующих автокомпенсаторов обел ющего фильтра, а дл  регулировани  усилителей второго бло ка нормировани  - напр жени  с регулирующих выходов соответствующих элементов нормировани  первого блока нормировани . Предлагаемый адаптивный фильтр может быть полезным при решении задачи измерени  параметров, различени  и классификации сигналЬв на фоне окраш,енного шума. Формула изобретени  1. Адаптивный фильтр, содержащий блок выборки, N выходов которого соединены с соответствуюпщми N входа ми обел ющего фильтра, аедокий фильтр, N входов которого соединены с соответствующими N выходами источника ожидаемого сигнала, а входы регулировани  соединены с сортветствующими регулирующими выходами обел ющего фильтра, и блок перемноени , отличающийс  тем, что, с целью увеличени  помехозащищенности и упрощени  устройства, введены первый и ваорой блоки нормировани , при этом N выходов обел ющего фильтра соединены с первыми N входами блока перемножени  через первый блок нормировани , N выходов ведомого фильтра соединены с вторыми N входами блока перемножени  через второй блок нормировани , а N регулирующих выходов первого блока нормировани  соединены с N входами регуг лировани  второго блока нормировани .
2. 2.Фильтр по п. 1, отличающийс  тем, что обел ющий фильтр содержит N каналов, выполненных в виде последовательно включенных автокомпенсаторов, число которых на единицу меньше номера канала, при этом выход каждого канала соединен с вторыми входами тех автокомпенсаторов других каналов, номер которых (автокомпенсаторов) совпадает с номером указанного выше канала, а N входами, N выходами и регулирующими выходами обел ющего фильтра  вл ютс  соответственно первые входы первых- автокомпенсаторов ка адого из каналов , выходы последних автокомпенсаторов каждого из каналов и вторые выходы всех автокомпенсаторов каждого из каналов, причем вход и выход первого канала соединены между собой.
3. 3.Фильтр по п. 1, отличающийс  тем, что ведомый фильтр содержит N каналов, выполненных в виде последовательно включенных регул торов , число которых на единицу меньше номера канала, при этом выход каухдого канала соединен с вторыми входами тех регул торов других каналов , номер которых (регул торов) совпадает с номером указанного выше канала , а N входами регулировани  и выходами ведомого фильтра  вл ютс  со-вт .ветственно первые входы первых регул торов каждого из каналов, третьи входы всех регул торов каждого из каНсшов и выходы последних регул торов каждого из каналов, причем вход И выход первого канала соединены |лежду собой.
4. 4.Фильтр ПОП.1, отличающийс  тем, что первый блок нормировани  содержит N каналов, каждый из которых содержит элемент нормировани , при этом N входами, N выходами и Н регулирующими выходами первого блока нормировани   вл ютс  соответственно входы, первые и вторые выходы элементов нормировани  всех каналов .
5. 5.Фильтр по п. 1, отличающийс  тем, что второй блок

   нормировани  содерхит N каналов, каждый из которы с содержит усилитель, при этом Н входами, N входами регулировани  и N выходами второго блока нормировани   вл ютс  соответственно первые и вторые входы и выходы усилителей всех каналов.

   6. Фильтр по п. 2, отличающийс  тем, что автокомпенсатор содержит последовательно включенные коррел тор, усилитель и-cyMT iaTop, выход которого соединен с первым входом коррел тора, второй вход коррел тора соединен с вторым входом усилител  и  вл етс  вторым входом автокомпенсатора , первым входом и первым и вторым
6. выходами которого  вл ютс  соответственно второй вход сумматора, выход сумг1атора и выход коррел тора.

   7. Фильтр поп.З, отличающийс  тем, что регул тор содержит последовательно включенные усилитель и сумматор, при этом первым и вторым и третьим входами и первым и вторым выходами регул тора  вл ютс  соответственно второй вход сумматора, первый и второй входы усилител  и
7. выход сумматора.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе

   1. Патент США № 3668702, кл. 343-5, опублик. 06.06,72.