Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов

Цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Щ1ФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛОВ,содержащий первый и второй блоки задержки,ариф-метический блок, блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов , первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и подключен к управляющим входам первого и второго блоков задержки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения обработки сигналов с допплеровским смещением частот, в него введены первый и второй преобразователи аналог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу третьего счетчика блока управления, вход кото-рого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блока управления, вход которого подключен к -выходу генератора тактовых импульсов блока управления, информационный вход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блока задержки, информационный вход которого подключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналог код, информационный вход которого является первым входом коррелятора, д информационный вход первого прербразователя аналог-код являетсявторым входом (Л коррелятора, а управляющий вход первого преобразователя налог-код подключен к выходу ключа блока управления , выход первого преобразователя аналог-код соединен с выходом комму- ; татора и информационным входом первого блока задержки, выход которого соединен с первым -информационным входом коммутатора, вторьм информационным входом арифметического блока и 00 информационным входом третьего блока ел задержки, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, выход третьего блока задержки соединен . с вторым информационным входом коммутатора , управляющий вход которого подключен к выходу триггера блока управления , управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН (19) (11) 31.Ц1 О 06 F 15/336 (OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3579272/18-24 (22) 13.04.83 (46) 07.08.-84. Бюл. У 29 (72) А.В.Иайструк, В.Е.Бочаров, В.А.Гудым и Ю.В.Шубс (53) 681.3(088.8) (56) 1. Патент США У 3950635, кл. 235-156, опублик. 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

11 - 879595, кл. G 06 F 15/336, 1981 (прототип). (54)(57) ЦИФРОВОЙ КОРРЕЛЯТОР ДЛЯ

ОБНАРУЖЕНИЯ ЭХО-СИГНАЛОВ, содержащий первый и второй блоки задержки, ариф-метический блок, блок управления, состоящий из генератора тактовых импульсов, первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и подключен к управляющим входам первого и второго блоков задержки, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения обработки

1 сигналов с допплеровским смещением частот, в него введены первый и второй преобразователи аналог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу третьего счетчика блока управления, вход кото-. рого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блока управления, вход которого подключен к -выходу генератора тактовых импуль- сов блока управления, информационный вход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блока задержки, информационный вход которого подключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналогкод, информационный вход которого является первым входом коррелятора, информационный вход первого преобразо- Е вателя аналог-код является вторым входом ур коррелятора, а управляющий вход первого преобразователя аналог-код ttop; С ключен к выходу ключа блока управления, выход первого преобразователя аналог-код соединен с выходом коммутатора и информационным входом перво-, го блока задержки, выход которого соединен с первым информационным входом коммутатора, вторым информационным входом арифметического блока и информационным входом третьего блока задержки, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, вы ход третьего блока задержки соединен с вторым информационным входом коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу триггера блока уп равления, управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления.

1107135

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для взаимно корреляционной обработки в реальном масштабе времени излучаемого сигнала и эхо-сигнала, имеющих доп- 5 плеровское смещение частот.

Известен коррелятор, в котором используются два блока задержки, арифметическое и управляющее устройства, позволяющий производить взаимно корре.1О ляционную обработку сигналов 11.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является цифровой коррелятор для обнаружения эхосигналов, содержащий два блока задержки сигналов, арифметический блок, блок управления и накапливающий сум-. матор 523.

Недостатком известного цифрового коррелятора является отсутствие воз- 20 можности обработки эхо-сигналов, имеющих допплеровское смещение частот.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей путем обеспечения обработки сигналов с допплеровским смещением частот.

Указанная цель достигается тем, что в цифровой коррелятор для обнаружения эхо-сигналов, содержащий пер- 30 вый и второй блоки задержки, арифметический блок, блок управления. состоящий из генератора тактовых импульс сов, первого, второго и третьего счетчиков, причем выход генератора тактовых импульсов соединен с входом первого счетчика блока управления и .подключен к управляющим входам первого и втррого блоков задержки, введены первый и второй преобразователи ана- 40 лог-код, третий блок задержки, ключ, а блок управления дополнительно содержит ключ и триггер, выход которого соединен с управляющим входом ключа блока управления и подключен к выходу 45 третьего счетчика блока управления, вход которого объединен с информационным входом ключа блока управления и подключен к выходу второго счетчика блока управления, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, информационный вход ключа соединен с первым информационным входом арифметического блока и с выходом второго блока задержки, информационный вход которого

55 тюдключен к выходу ключа и к выходу второго преобразователя аналог-код, информационный вход которого является первым входом коррелятора, информационный вход первого преобразователя аналог-код являетСя вторым вхо дом коррелятора, а управляющий вход первого преобразователя аналог-код подключен к выходу ключа блока управления, выход первого преобразователя аналог-код соединен с выходом коммутатора и информационным входом первого блока задержки, выход кото рого соединен с первым информационным входом коммутатора, вторым информационным входом арифметического блока и информационным входом третьего блока задержки, управляющий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов блока управления, выход третьего блока задержки соединен с вторым информационным входом коммутатора, управляющий вход которого подключен к выходу триггера блока управления, управляющий вход арифметического блока подключен к выходу первого счетчика блока управления.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — структурная схема блока управления, на фиг.3 временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит первый преобразователь 1 аналог-код, первый 2, второй 3 и третий 4 блоки задержки, коммутатор 5, арифметический блок 6, второй преобразователь

7 аналог-код, ключ 8 и блок 9 управления.

Блок 9 управления (фиг.2) содержит генератор 10 тактовых-импульсов, первый 11, второй 12 и третий 13 счетчики, триггер 14 и ключ 15.

Арифметический блок 6 состоит из накапливающего сумматора и узла умножения, входы которого являются соответствующими информационными входами блока, выход узла умножения соединен с информационным входом накапливающего сумматора, управляющий вход которого является управляющим входом блока, а выход накапливающего сумматора является выходом блока.

Цифровой коррелятор работает сле" дующим образом.

Устройство содержит два канала.

В первом канале записывается излучаемый с частотой сигнал, сжимается во времени с коэффициентом сжатия К и сжатая копия многократно воспроиз1107135 водится на выходе этого канала. Второй канал обеспечивает запись принимаемого сигнала, имеющего частоту .Ы -лУ, где аУ вЂ” допплеровское приращение частоты, сжатие во времени с коэффициентом сжатия К2, обновление .сжатой копии реализации принимаемого сигнала, сдвиг ее во времени с заданным шагом относительно сжатой копии излучаемого сигнала. Точное измерение 10 взаимно корреляционной функции между излучаемым и принимаемым сигналами возможно при выполнении условия К„ =

=К2(У+Ю ) или, учитывая, что К -К2=ьК, а (К + К) =K>(i+a ), то условие имеет вид

+ К2

Выбором величины коэффициента сжатия в первом канале К „ обеспечивается компенсация допплеровского смещения частоты принимаемого сигнала.

Рассмотрим работу первого канала.

Излучаемый сигнал в аналоговом 25 виде поступает на вход излучаемого сигнала коррелятора и далее на информационный вход первого преобразователя 1 аналог-код. На его управляющий вход с выхода ключа 15 блока,9 управления подается последовательность прямоугольных управляющих импульсов с периодом Т„ . С приходом управляющего импульса производится выборка излучаемОго сигнала (фиг.3,a), 35 которая преобразуется в параллельный двоичнья цифровой код и далее следует на информационный вход первого блока 2 задержки. Этот блок задержки может быть выполнен, например, с ис- 4О пользованием сдвиговых регистров.

В первом блоке 2 задержки может быть записано к1 выборок излучаемого сигнала. На управляющий вход первого блока 2 задержки с выхода генератора 10 45 тактовых импульсов блока 9 управления поступает последовательность прямоугольных импульсов с периодом (фиг.З,E) которая обеспечивает сдвиг записанной выборки. С выхода первого блока 2 задержки выборка, задержанная на время %, следует на информационный вход третьего блока 4 задержки, соответствующий информационный вход арифметического блока и.первый информационный вход коммутатора 5. Блок 4

55 задержки может быть выполнен на том же принципе, что и блдк 2 задержки, однако в нем может быть записано M выборок, причем К> М. На управляющий вход третьего блока 4 задержки подаются с выхода генератора тактовых импульсов блока 9 управления управляющие импульсы. С выхода третьего блока 4 задержки выборка, задержанная на время Mt, поступает на второй информационный вход коммутатора 5 и с

его выхода следует на информационный вход первого блока 2 задержки..Далее происходит циркуляция записаннои выборки по цепи, состоящей иэ блоков

2, 4 и 5. Период циркуляции выборки равен (К -Я)т.. Период взятия выборок выбирается равным Ч „=(Ч +М -3)4 . В результате этого после каждой циркуляции с опережением на время 1 ранее записанной выборки будет записана новая выборка (фиг.3 Д ) . При этом обеспечивается запись и сжатие во времени излучаемого сигнала. Коэффциент сжатия равен К =T /+. Изменяя величину времени задержки третьего блока 4 задержки и соответственно период взятия выборок (период следования импульсов на выходе генератора 10 тактовых импульсов блока 9 управления), можно изменять коэффициент сжатия излучаемого сигнала.

После того, как в первом канале записано hl выборок, с выхода триггера

14 блока 9 управления поступает напряжение, под действием которого коммутатор 5 переключается и отключает второй информационный вход от выхода. Вместо него коммутатор 5 подключает к своему выходу выход первого блока 2 задержки. При этом записанная в первом канале реализация излучаемого сигнала циркулирует по цепи, состоящей из блоков 2 и 5 с периодом Nt (фиг.3,a), многократно поступая на соответствующий информационный вход арифметического блока

6 с выхода первого блока 2 задержки.

Рассмотрим работу второго канала.

Сигнал с выхода приемника эхо-сигна- лов подается на вход принимаемого сигнала коррелятора и поступает на информационный вход второго преобразователя 7 аналог-код. На его управляющий вход поступают управляющие прямоугольные импульсы с выхода пер" вого счетчика 11 блока 9 управления с периодом следования 1 = Nt . С приходом управляющего импульса производится выборка принимаемого сигнала (фиг.3 g) которая преобразуется в

7135

S »о цифровои параллельный двоичный код и поступает во второй блок 3 задержки,: подобный первому блоку 2 задержки, но отличающийся тем, что в нем может быть записана (И+ 41 выборка сигнала. Выборка с выхода второго преобразователя 7 аналог-код задерживает-, ся во втором блоке 3 задержки на время (t4+n) t и через отпертый ключ 8 вновь поступает на вход блока 3 заФ держки. Так как импульсы с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления следуют с периодом Щ, а период циркуляции равен Т (14 -4) t то каждая последующая выборка записыва-, ется во второй блок 3 задержки после. циркуляции предыдущей с опережением ев на время g (фиг.3,8 ) . При этом происходит запись принимаемого сигнала и сжатие его во времени с коэффициентом сжатия К2=Ч / . После запол- нения второго блока 3 задержки (N 1) выборками цепь циркуляции для самой старой выборки разрывается, так как в момент ее прихода на управляющий вход ключа 8 поступает с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления импульс, запирающий ключ 8. На место исключенной из записанной реализации выборки записывается новая, благодаря чему обеспечивается обновление записанной реализации на одну выборку после каждой циркуляции. Процесс записи, сжатия во времени и обновления записанной реализации может произво-: диться неограниченно долго, что обеспечивает взаимно корреляционную обра ботку излучаемого сигнала и эхо-сигнала с неизвестным моментом прихода.

С выхода второго блока 3 задержки сжатые копии принимаемого сигнала подаются на другой информационный вход. арифметического блока 6. Этот блок выполняет попарное перемножение выборок с выходов первого и второго каналов по мере их поступления и накопление произведений. На управляющий

I вход арифметического блока б поступают импульсы с выхода первого счетчика 11 блока 9 управления для обнуления накапливающего сумматора после каждой циркуляции записанных сигналов. Таким образом, за время одной циркуляции вычисляется один отсчет взаимно корреляционной функции.

° Взаимный сдвиг реализаций излучаемого сигнала и эхо-сигнала обеспечивается за счет того, что период цирку

5 !

О

50 ляции реализации излучаемого сигнала равен Nt, а принимаемого сигнала (9+4) . После каждой циркуляции и сдвига принимаемого сигнала на вре мя t относительно излучаемого вычисляется очередной отсчет взаимно корреляционной функции. С приходом эхосигнала на вход принимаемого сигнала цифрового коррелятора вследствие компенсации допплеровского смещения путем.выбора соответствующего коэффициента сжатия излучаемого сигнала на выходе цифрового коррелятора формируется максимум взаимно корреляционной функции.

Рассмотрим работу блока 9 управления. Генератор 19 тактовых импульсов,: стабилизированный кварцем, вырабатывает последовательность прямоугольных управляющих импульсов с периодом t (фиг.3, d), Эти импульсы поступают на управляющие входы блоков 2-4 задержки. Кроме того, они подаются на вход первого счетчика 11 и второго счетчика 12, имеющего цикл счета (N t Ì -1)

С выхода второго счетчика 12 иьнульсы с периодом следования (К+И-1) t через отпертый ключ 15 следуют на управляющий вход первого преобразователя 1 аналог-код. Импульсы с выхода второго счетчика 12, кроме того, следуют на вход третьего счетчика 13, имеющего цикл счета Ч

После отсчета N импульсов с выхода второго счетчика 12 третий счетчик

13 формирует импульс, поступающий на триггер 14. В исходном состоянии напряжение на выходе триггера 14 уп-. равляет коммутатором 5 так, что в первом канале. цифрового коррелятора в цепь циркуляции излучаемого сигнала включен третий блок 4 задержки.

С приходом на триггер 14 импульса триггер меняет устойчивое состояние и при этом на его выход поступает напряжение, переключающее коммутатор 5. В результате этого третий блок 4 задержки исключается из цепи циркуляции излучаемого сигнала. Кроме того, напряжение с выхода триггера 14 запирает ключ 15 и с выхода ключа 15 блока 9 управлений прекращается подача импульсов на первый преобразователь 1 аналог-код, что исключает наложение новых выборок на записанную копию излучаемого сигнала.

Для выполнения измерений при неизвестном долплеровском смещении час1107135 тоты эхо-сигнала необходимо третий блок 4 задержки выполнятЬ с коммути;руемым временем задержки, например, используя мнбгоотводные регистры сдвига и коммутируя отводы. Кроме того, необходимо второй счетчик 12 блока 9 управления также .выпопнять с коммутируемым циклом счета. При каждой коммутации в обоих устройствах

,должно одинаково изменяться число И,,что приводит к изменению коэффициента сжатия КА и соответствующему изменению величины компенсируемого допплеровского смещения частоты эхо-сигнала.

Таким образом, если величина допплеровского смещения частоты эхо-сигнала неизвестна, необходимо после очередного излучения произвести перезапись излучаемого сигнала с новым коэффиЦиентом сжатия К1 и изменять величину коэффициента до тех пор, пока на выходе цифрового коррелятора не будет получен максимум взаимно корреляционной функции.

Использование дополнительных узлов и новых функциональных связей выгодно отличает предлагаемое ус гройство от известного, так как в предлагаемом устройстве обеспечивается возможность взаимно коРреляционной обработки излучаемого сигнала и эхо-сигнала с допплеровским сдвигом частоты. Новое качество устройства существенно расширяет функциональные возможности изобретения вследствие возможности обработки сигналов при относительном перемещении излучателя и приемниКа сигналов, а также в условиях подвижной среды, по которой передается сигнал.

1107135

Ъъ с

И

Ь

ВНИИХИ Заказ 5761/35 Тираж 699 Подписное

Филыал ППП "Патем", г.Ужгород, ул.Проектная, 4