Устройство измерения коэффициента корреляции
CORRELATION COEFFICIENT MEASURING DEVICE

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, использующим тональные и сложные (с внутриимпульсной модуляцией) зондирующие сигналы.
Известно, что в гидроакустической технике применяются устройства измерения коэффициента корреляции [IX всесоюзная акустическая конференция, Секция Д, М.: Акустический институт, 1977 г., С. 29, 57, 105,] например, для измерения характеристик морского дна, для экспериментальной оценки характеристик гидролокатора, в частности - при оценке искажений сигналов в излучающем и приемном трактах, а также искажений сигналов в гидроакустическом канале (в том числе - многолучевом) и пр.
Следует отметить, что для обеспечения достаточной точности измерения коэффициента корреляции необходимо обеспечить максимально корректное измерение мощности входного сигнала. В случае многолучевого входного сигнала необходимо учесть, что во входной реализации содержится сумма мощностей сигналов по всем лучам, соответствующим условиям распространения сигнала. Таким образом, сигнал на выходе устройства определения корреляционной функции будет представлять набор выходных откликов, соответствующих сигналам, приходящим по отдельным лучам. Однако измерение мощности входного сигнала, соответствующего отдельным выходным откликам в случае многолучевого сигнала, невозможно. Поэтому будут иметь место ошибки измерения коэффициента корреляции многолучевого сигнала вследствие некорректности оценки мощности входного сигнала.
Известно устройство измерения коэффициента корреляции [В.И. Тихонов Статистическая радиотехника, М.: Сов. радио, 1966], содержащее последовательно соединенные блок оценки корреляционной функции и блок определения коэффициента корреляции.
По количеству общих признаков наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является устройство измерения коэффициента корреляции [Дж. Бендат, А. Пирсол Измерение и анализ случайных процессов, М.: Мир, 1971],
Это устройство содержит последовательно соединенные блок определения корреляционной функции и блок определения коэффициента корреляции, блок определения мощности опорного сигнала, на вход которого подается опорный сигнал. Выход блока измерения мощности опорного сигнала соединен со вторым входом блока определения коэффициента корреляции. Устройство измерения коэффициента корреляции содержит также блок измерения мощности входного сигнала, на вход которого подается входной сигнал, выход блока измерения мощности входного сигнала подается на третий вход блока определения коэффициента корреляции, причем на первый и второй входы блока определения корреляционной функции подается опорный и входной сигналы соответственно.
Недостатком устройства прототипа является то, что в прототипе не учитывается наличие многолучевого сигнала, который представляет собой смесь сигналов, пришедших к приемнику по различным лучам. Вследствие этого возможно только измерение суммарной мощности входного сигнала, представляющей в среднем сумму мощностей сигналов, пришедших по отдельным лучам, то есть измерение мощности сигналов по отдельным лучам не представляется возможным. Корреляционная функция в случае многолучевого сигнала на входе будет представлять собой отдельные отклики, соответствующие отдельным лучам во входном сигнале. Коэффициент корреляции представляет собой корреляционную функцию, нормированную к входной мощности входного сигнала. С учетом вышеизложенного корректное измерение коэффициента корреляции по отдельным лучам, в том числе измерение максимальной величины коэффициента корреляции, невозможно. Это связано с тем, что суммарная мощность входного сигнала, используемая для определения коэффициента корреляции по отдельным лучам, не соответствует мощности входного сигнала по каждому соответствующему отдельному лучу.
Задачей изобретения является обеспечение корректности оценки коэффициента корреляции в условиях многолучевого гидроакустического канала.
Техническим результатом изобретения является повышение точности оценки максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала.
Для достижения данного технического результата в устройство измерения коэффициента корреляции, содержащее последовательно соединенные блок приема входного сигнала и блок измерения мощности входного сигнала, последовательно соединенные блок определения корреляционной функции и блок определения коэффициента корреляции, также содержащее последовательно соединенные блок формирования опорного сигнала и блок измерения мощности опорного сигнала, причем выход блока измерения мощности опорного сигнала соединен со вторым входом блока определения коэффициента корреляции, выход блока измерения мощности входного сигнала соединен с третьим входом блока определения коэффициента корреляции, а первый и второй входы блока определения корреляционной функции соединены с выходами блока формирования опорного сигнала и блока приема входного сигнала соответственно, введены новые признаки, а именно: последовательно соединенные блок определения огибающей коэффициента корреляции, блок измерения уровней максимумов откликов огибающей коэффициента корреляции по лучам, блок суммирования мощностей откликов огибающей коэффициента корреляции по лучам и блок определения максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала, причем вход блока определения огибающей коэффициента корреляции соединен с выходом блока определения коэффициента корреляции.
Указанный технический результат достигается за счет того, что определение максимальной величины коэффициента корреляции производится с учетом уровней откликов по лучам сигнала, определенным из структуры огибающей коэффициента корреляции. Причем полученные при этом уровни откликов, соответствующих определенным лучам сигнала, вносят вклад в измеренную мощность входного сигнала. Таким образом, предлагается произвести оценку максимальной величины коэффициента корреляции путем суммирования максимальных значений мощности откликов по лучам сигнала. Использование такой оценки дает возможность повысить точность оценки максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала. Данный технический результат получается при совместной работе вновь введенных блоков, связей между ними и связей этих блоков с другими блоками гидролокатора.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 приведена блок-схема предложенного устройства измерения коэффициента корреляции. На фиг. 2 представлена огибающая коэффициента корреляции многолучевого сигнала, отмечены максимумы откликов коэффициента корреляции.
Устройство измерения коэффициента корреляции (фиг. 1) содержит последовательно соединенные блок 3 определения корреляционной функции, блок 4 определения коэффициента корреляции, блок 7 определения огибающей коэффициента корреляции, блок 8 измерения уровней максимумов откликов огибающей коэффициента корреляции по лучам, блок 9 суммирования мощностей откликов огибающей коэффициента корреляции по лучам и блок 10 определения максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала. Также заявленное устройство содержит последовательно соединенные блок 5 формирования опорного сигнала и блок 6 измерения мощности опорного сигнала, причем выход блока 6 соединен со вторым входом блока 4, также содержащее последовательно соединенные блок 1 приема входного сигнала и блок 2 измерения мощности входного сигнала, причем выход блока 2 соединен с третьим входом блока 4, а первый и второй входы блока 3 соединяются с выходами блока 1 и 5 соответственно.
Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики и реализуется на основе применения цифровых устройств.
Блоки 7, 8, 9, 10 могут быть реализованы с применением микропрограммных дискретных устройств, см. например, книгу Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1985. С. 15, 27, 31 и Цифровые радионавигационные устройства / В.В. Барашенков, А.Е. Лутченко, Е.М. Скороходов и др.; под ред. В.Б. Смолова. М.: Сов. радио, 1980. С. 196-200.
х
у
xy
х
у
xy
2
2
Работа устройства осуществляется следующим образом. Блок 5 формирует сложный опорный сигнал (у), соответствующий излученному гидролокатором зондирующему сигналу. Блок 1 осуществляет прием и аналогово-цифровое преобразование входного сигнала (х). Блоки 2 и 6 осуществляют измерение мощности входного (σ) и опорного (σ) сигналов, соответственно. Блок 3 выполняет определение взаимной корреляционной функции входного и опорного сигналов (R(τ)). Измеренные параметры σ, σ и R(τ) поступают в блок 4, который выполняет определение коэффициента корреляции входного сигнала:
ху
xy
i
По функции ρ(τ) блок 7 выполняет определение ее огибающей (Z(τ)), которая поступает в блок 8, где выполняется измерение уровней максимумов откликов L по каждому i-му лучу входного сигнала:
i
xy
i
L=Z(τ),
i
где τ - время, соответствующее максимуму отклика i-го луча.
Блок 9 выполняет суммирование мощностей откликов для сигналов, соответствующих отдельным лучам многолучевого сигнала:
Блок 10 выполняет определение максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала, соответствующий коэффициенту корреляции многолучевого сигнала в целом:
Использование блока определения огибающей коэффициента корреляции, блока измерения уровней максимумов откликов огибающей коэффициента корреляции по лучам, блока суммирования мощностей откликов огибающей коэффициента корреляции по лучам и блока определения максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала, а также связи этих новых блоков между собой и с известными блоками устройства измерения коэффициента корреляции обеспечивают получение более точной оценки максимальной величины коэффициента корреляции многолучевого сигнала.
Для иллюстрации сказанного ниже приведен пример оценки максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала.
На фиг. 2 представлена огибающая коэффициента корреляции многолучевого сигнала. На фиг. 2 отмечены уровни максимумов откликов коэффициента корреляции для сигналов, соответствующих отдельным лучам многолучевого сигнала. При оценке максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала при работе по прототипу, т.е. на выходе блока 4, в данном случае получено значение, равное 0,65. При работе на основе заявленного устройства получено значение максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала, равное 0,98:
Истинное значение максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала, заложенное в данном примере равно 1.
Таким образом, поставленная задача по повышению точности оценки максимальной величины коэффициента корреляции для многолучевого сигнала успешно решается.