PL201240B1 - Sposób i układ do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych - Google Patents

Abstract

1. Sposób wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych BT<100 z liniową modulacją częstotliwości (sygnały chirp) wykorzystujący filtracje dopasowaną w dziedzinie czasu i usuwanie ujemnych splotów, znamienny tym, że zastosowane zostało jedno wspólne analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału wejściowego dla n równoległych filtracji dopasowanych o różnych charakterystykach impulsowych i n rozmytych analiz ekstremalnych, natomiast analogowocyfrowe przetwarzanie sygnału odbywa się z częstotliwością próbkowania (Fs) bliską częstotliwości Nyquista odpowiednio dobranej dla tego sygnału, przy czym każda filtracja sygnału wejściowego realizowana jest na podstawie splotu w dziedzinie czasu próbek sygnału wejściowego oraz współczynników wagowych charakterystyki impulsowej wyznaczanych odmiennie dla każdej z tych filtracji, zaś wyniki każdej filtracji poddane zostają operacjom nieliniowym, a w dalszej kolejności rozmytej analizie ekstremalnej natomiast współczynniki wagowe każdej filtracji zostają dobierane w oparciu o przerzedzony n-krotnie i odwrócony zbiór próbek tego sygnału określanych przy zastosowaniu częstotliwości próbkowania n-krotnie większej niż (Fs) przy czym liczba współczynników wagowych każdej filtracji jest jednakowa i wyznaczana w zależności od czasu trwania impulsu (Ti) i częstotliwości (Fs) równej N = ENT(Ti-Fs)

Description

⁽21) Num^{er z}gł°^szenia: 381752 (⁵⁾ )^lntclH04L 27/00 (2006.01) H03H 17/00 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 13.02.2007 (54)

Sposób i układ do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych (73) Uprawniony z patentu:

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich,Bydgoszcz,PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

18.08.2008 BUP 17/08 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

31.03.2009 WUP 03/09 (72) Twórca(y) wynalazku:

Włodzimierz Pogribny,Bydgoszcz,PL Igor Rozhankivsky,Bydgoszcz,PL Tadeusz Leszczyński,Bydgoszcz,PL (74) Pełnomocnik:

Jankowski Piotr,

Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy (57) 1. Sposób wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych

BT<100 z liniową modulacją częstotliwości (sygnały chirp) wykorzystujący filtracje dopasowaną w dziedzinie czasu i usuwanie ujemnych splotów, znamienny tym, że zastosowane zostało jedno wspólne analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału wejściowego dla n równoległych filtracji dopasowanych o różnych charakterystykach impulsowych i n rozmytych analiz ekstremalnych, natomiast analogowocyfrowe przetwarzanie sygnału odbywa się z częstotliwością próbkowania (Fs) bliską częstotliwości Nyquista odpowiednio dobranej dla tego sygnału, przy czym każda filtracja sygnału wejściowego realizowana jest na podstawie splotu w dziedzinie czasu próbek sygnału wejściowego oraz współczynników wagowych charakterystyki impulsowej wyznaczanych odmiennie dla każdej z tych filtracji, zaś wyniki każdej filtracji poddane zostają operacjom nieliniowym, a w dalszej kolejności rozmytej analizie ekstremalnej natomiast współczynniki wagowe każdej filtracji zostają dobierane w oparciu o przerzedzony n-krotnie i odwrócony zbiór próbek tego sygnału określanych przy zastosowaniu częstotliwości próbkowania n-krotnie większej niż (Fs) przy czym liczba współczynników wagowych każdej filtracji jest jednakowa i wyznaczana w zależności od czasu trwania impulsu ¢) i częstotliwości (Fs) równej N = ENT(Ti-F_s).

PL 201 240 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych (BT<100) z liniową modulacją częstotliwości, w którym skuteczność wykrywania tego typu sygnałów przy zastosowaniu technik cyfrowych i filtracji dopasowanej w dziedzinie czasu zależy w znacznym stopniu od fazy początkowej sygnału oraz częstotliwości jego próbkowania.

Istota sposobu wg wynalazku charakteryzuje się tym, że w celu zwiększenia czułości i rozdzielczości wykrywania krótkich chirp sygnałów wykorzystane zostało jedno wspólne analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału wejściowego i n równoległych filtracji dopasowanych., przy czym analogowocyfrowe przetwarzanie sygnału odbywa się z częstotliwością próbkowania Fs bliską częstotliwości Nyquista natomiast każda filtracja sygnału wejściowego odbywa się na podstawie splotu w dziedzinie czasu próbek sygnału wejściowego oraz współczynników wagowych charakterystyki impulsowej wyznaczanych odmiennie dla każdej z tych filtracji, zaś wyniki każdej filtracji poddane zostają operacjom nieliniowym, a w dalszej kolejności rozmytej analizie ekstremalnej w celu znalezienia maksymalnej wartości splotów.

Rozmyta analiza ekstremalna polega na odnajdywaniu ekstremów sygnału za pomocą porównywania różnic sąsiednich splotów z zadanym a priori „przedziałem rozmytości ε”. Jeżeli Vy>s oraz \y+<:, gdzie Vyj=yj-yj_₁, Vyj₊i=yj₊₁-yj, to występuje lokalne maksimum funkcji, natomiast Vy,<i: oraz Vyi+i>e, to występuje lokalne minimum tej funkcji. W przypadku gdy | Vyil <ε oraz | Vy_i+1| <ε występuje lokalna stałość sygnału, zaś wartość ε determinuje wyraźność ekstremów.

Współczynniki wagowe każdej filtracji zostają dobierane w oparciu o przerzedzony n-krotnie i odwrócony zbiór próbek tego sygnału określanych przy zastosowaniu częstotliwości próbkowania n-krotnie większej niż F_s (tzn. równej n-F_s), przy tym liczba współczynników wagowych każdej filtracji jest jednakowa i wyznaczana w zależności od czasu trwania impulsu Ti i częstotliwości Fs równej N=ENT(Ti-Fs).

Liczba próbek sygnału określona przy wykorzystaniu częstotliwości próbkowania n-krotnie większej niż Fs wynosi wtedy n, zaś otrzymane w taki sposób charakterystyki impulsowe każdej filtracji są przesunięte względem siebie o k=Ts/n (gdzie Ts=1/Fs), co odpowiada przesunięciu fazowemu 360°/n. Wynika z tego, że charakterystyka impulsowa każdego k-tego filtru składa się z k-tych próbek mieszczących się w każdym podstawowym okresie próbkowania Ts spośród ich ogólnej ilości N.

Dla wszystkich filtracji oprócz pierwszej początkowy współczynnik wagowy zostaje przyjęty jako równy zero. W ten sposób jedna spośród tych filtracji będzie najlepiej dopasowana do aktualnie odbieranego sygnału co pozwala na uzyskanie maksymalnej czułości i rozdzielczości dla tego sygnału.

Sposób według wynalazku przedstawiony został bliżej na niżej podanym przykładzie.

Jako sygnał lokacyjny przyjęty został sygnał z liniową modulacją częstotliwości o parametrach:

- czas trwania impulsu Ti=2.5 μs;

- pasmo częstotliwości Af=15 MHz,

- częstotliwość początkowa fi=0,

- częstotliwość końcowa f2=15 MHz, BT=37,5,

- faza początkowa φ₀=95°,

- częstotliwość próbkowania sygnału Fs= 30.2 MHz.

Współczynniki wagowe charakterystyki impulsowej filtracji wyznaczane zostały w oparciu o przerzedzony 10 - krotnie zbiór próbek tego sygnału określonych przy zastosowaniu częstotliwości próbkowania 10 - krotnie większej niż F_s (tzn. n-F_s) i stosowaniu okna prostokątnego. Liczba współczynników wagowych wynosiła N=76.

Wynik każdej filtracji został poddawany operacjom polegającym na usuwaniu ujemnych splotów.

Sygnał po filtracji przedstawiony został na rys. ii 2 w skali logarytmicznej przy zastosowanych przesunięciach k=0, k=5, (gdzie k e {a a=0,..,9}).

Spośród otrzymanych 151 (2-N-1) splotów określona została wartość maksymalna splotu, a następnie wielkość SNR (w dB) jako stosunek otrzymanych splotów do wartości maksymalnej.

Otrzymane wyniki pokazują na maksymalną rozdzielczość metody - tylko jedna próbka w listku głównym, oraz dużą czułość (duża wartość SNR) w przypadku pełnego dopasowania filtru do sygnału tzn. dla k=0.

Dla wszystkich innych k SNR będzie gorszy co ilustruje rys. 2 dla k=5.

Układ do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych o wartości BT<100 z liniową modulacją częstotliwości charakteryzuje się tym, że od strony wejścia posiada jeden przetwornik analogoPL 201 240 B1 wo/cyfrowy 1, którego wyjście połączone jest z wejściami filtrów dopasowanych F1, F2, Fn, pracujących równolegle w oparciu o zestawy współczynników wagowych umieszczonych w pamięciach M1,

M2, ..., Mn. Sygnały wyjściowe filtrów F1, F2, ..., Fn poddane są operacji obcięcia ujemnych wartości odpowiednio w blokach D1, D2, ..., Dn.

Sygnały wyjściowe z bloków D1, D2, ..., Dn podane są odpowiednio na wejścia bloków AE1, AE2, ..., AEn. które wyznaczają maksymalną wartość splotu dla danego sygnału z uwzględnieniem zadanej granicy rozmytości ε.

Sygnały z wyjść bloków AE1, AE2, ..., AEn są następnie podawane na blok MAX, który wybiera maksymalną wartość sygnału z podanych na jego wejście sygnałów i porównuje z zadanym progiem 5y i podejmuje decyzję o prawidłowej identyfikacji.

Zaletą układu według wynalazku jest możliwość zwiększenie czułości systemu lokacyjnego przy jednoczesnym zachowaniu maksymalnej rozdzielczości.

Układ według wynalazku przedstawiony został na schemacie przykładowego rozwiązania.

Układ składa się z przetwornika analogowo cyfrowego 1 filtrów F1, ..., Fn z pamięciami M1, ..., Mn, bloków D1, ..., Dn oraz bloków AE1, ..., Aen i bloku MAX.

Działanie układu według wynalazku polega na tym, że do wejścia układu, którym jest przetwornik analogowo cyfrowy i pracujący z odpowiednio dobraną do sygnału częstotliwością próbkowania Fs doprowadzany jest sygnał z liniową modulacją częstotliwości. Otrzymane próbki sygnału są podawane równolegle na wejścia n-filtrów dopasowanych F1, F2, ..., Fn pracujących w oparciu o zestaw współczynników wagowych pamiętanych w pamięciach M1, M2, ..., Mn.

Sygnały wyjściowe filtrów F1, F2, ..., Fn poddane są operacji obcięcia ujemnych wartości odpowiednio w blokach D1, D2, ..., Dn. W ten sposób że w każdym kanale systemu wyniki splotów po eliminacji ujemnych splotów zostają poddane rozmytej analizie ekstremalnej w blokach AE1, AE2.....

AEn, które wyznaczają maksymalną wartość splotu dla danego sygnału z uwzględnieniem granicy rozmytości ε.

Sygnały z wyjść bloków AE1, AE2, ..., AEn podawane są następnie na blok MAX, który wybiera maksymalną wartość sygnału z podanych na jego wejście sygnałów i porównuje z zadanym progiem 5y.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych BT<100 z liniową modulacją częstotliwości (sygnały chirp) wykorzystujący filtracje dopasowaną w dziedzinie czasu i usuwanie ujemnych splotów, znamienny tym, że zastosowane zostało jedno wspólne analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału wejściowego dla n równoległych filtracji dopasowanych o różnych charakterystykach impulsowych i n rozmytych analiz ekstremalnych, natomiast analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału odbywa się z częstotliwością próbkowania (Fs) bliską częstotliwości Nyquista odpowiednio dobranej dla tego sygnału, przy czym każda filtracja sygnału wejściowego realizowana jest na podstawie splotu w dziedzinie czasu próbek sygnału wejściowego oraz współczynników wagowych charakterystyki impulsowej wyznaczanych odmiennie dla każdej z tych filtracji, zaś wyniki każdej filtracji poddane zostają operacjom nieliniowym, a w dalszej kolejności rozmytej analizie ekstremalnej natomiast współczynniki wagowe każdej filtracji zostają dobierane w oparciu o przerzedzony n-krotnie i odwrócony zbiór próbek tego sygnału określanych przy zastosowaniu częstotliwości próbkowania n-krotnie większej niż (Fs) przy czym liczba współczynników wagowych każdej filtracji jest jednakowa i wyznaczana w zależności od czasu trwania impulsu (Ti) i częstotliwości (Fs) równej N = ENT(Tj-F_s).
2. 2. Układ do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych (BT<100) z liniową modulacją częstotliwości, znamienny tym, że od strony wejścia posiada jeden przetwornik analogowo-cyfrowy (1), którego wyjście połączone jest z wejściami filtrów dopasowanych (F1), (F2), ..., (Fn) które pracują równolegle w oparciu o zestawy współczynników wagowych umieszczonych w pamięciach (M1), (M2), ..., (Mn) natomiast sygnały wyjściowe filtrów (F1), (F2), ..., (Fn) poddane zostają operacji obcięcia ujemnych wartości odpowiednio w blokach (D1), (D2), ..., (Dn) przy czym sygnały wyjściowe z bloków (D1), (D2), ..., (Dn) podane zostają na wejścia bloków (AE1), (AE2), ..., (AEn), które wyznaczają maksymalną wartość splotu dla danego sygnału z uwzględnieniem zadanej granicy rozmytości ε, zaś sygnały z wyjść bloków (AE1), (AE2), ..., (AEn) są podawane na blok (MAX), który wybiera maksymalną wartość sygnału z podanych na jego wejście sygnałów i porównuje z zadanym progiem 5y.