УСТРОЙСТВО ОПТИМАЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ
DEVICE FOR OPTIMUM COMPOSITE SIGNAL PROCESSING

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; Вх3…Вхn 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).
вых.
Выходное напряжение U(t) аналогового линейного оптимального фильтра, импульсная реакция которого η(t) отлична от нуля в интервале 0<t<T, имеет вид:
вх.
где U(t) - напряжение на входе фильтра, существующее с момента времени t=0 и являющееся суммой полезного сигнала конечной длительности Т аддитивной помехи.
0
1
2
mn-1
Если коэффициенты передачи взвешивающих элементов η; η; η;…η соответствуют выборочным значениям импульсной реакции η(t), отстоящим на интервал времени Δτ=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<<N.
0
1
2
n-1
Входной сигнал поступает в m отводную линию задержки 1, отводы которой располагаются через интервал времени n·Δτ. Напряжение с первого отвода линии (без задержки) поступает на взвешивающие элементы, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям η; η; η;…η, где величина n определяется из соотношения N=m·n.
n
n+1
n+2
2n-1
Аналогично, напряжение со второго отвода линии (задержанное в линии на время n·Δτ) поступает на взвешивающие элементы, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям η; η; η;…η.
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, Δτ.
0
Входное напряжение взвешивающих элементов со значением η поступает непосредственно на вход устройства.
1
2
n-1
Входные напряжения, взвешенные со значениями η; η;…η, поступают на вход устройства с задержкой, соответственно, Δτ; 2Δτ…(n-1)·Δτ.
n
n+1
n+2
2n-1
Входное напряжение, взвешенное со значениями η; η; η;…η, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, n·Δτ; (n+1)·Δτ; (n+2)·Δτ…(2n-1)·Δτ.
Напряжения на выходе устройства в моменты времени, отстоящие на Δτ, 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 Δτ=1/2F, включенные последовательно через сумматоры 4.
Входы Bx1, Вx2, Вx3…Вx·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.
1
2
1
2
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 K матрицы соответственно, вторые отводы m трансформаторов соединены со вторыми m вертикальными шинами и сигнальными входами n ключей К, при этом средние точки m выходных трансформаторов соединены с корпусом; все выходы n ключей К и К 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 Δτ, 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.
1
2
1
2
С выходов триггеров регистра сдвига 4 сигнал поступает на управляемые входы ключей К и К, тем самым открывая ключ K или К в зависимости от состояния, в котором находится данный триггер регистра сдвига 4.
0
1
2
n-1
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: η; η; η;…η, где величина n определяется из соотношения N=m·n, в свою очередь .
n
n+1
2n-1
Аналогично, сигнал со второго отвода линии (задержанное на время n·Δτ) поступает на входы взвешивающих элементов, выполненных на резисторах и ключах, коэффициенты передачи которых пропорциональны значениям η; η;…η.
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 Δτ.
o
Входное напряжение, взвешенное со значением η, поступает непосредственно на вход устройства.
1
2
n-1
Входное напряжение, взвешенное со значением η; η;…η, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, Δτ; 2Δτ;…(n-1)·Δτ.
n
n+1
n+2
2n-1
Входное напряжение, взвешенное со значением η; η; η;…η, поступает на вход устройства с задержкой, соответственно, n·Δτ; (n+1)·Δτ; (n+2)·Δτ…(2n-1)·Δτ.
Напряжение на выходе устройства в моменты времени, отстоящие на Δτ, будут иметь следующий вид:
;
;
.
Таким образом, устройство осуществляет обработку входного сигнала в соответствии с выражением (2).
1
2
И, кроме того, введение генератора тактовых импульсов, генератора псевдослучайных последовательностей, регистра сдвига, m ключей K и m ключей К и среднего заземленного отвода в многоотводной линии задержки позволяет оптимальному фильтру работать с любой структурой последовательностей ФМ сигнала.