PL218299B1 - Sposób i układ do wyławiania krótkich zaszumionych sygnałów lokacyjnych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do wyławiania krótkich zaszumionych sygnałów lokacyjnych (BT < 100) z liniową modulacją częstotliwości (sygnałów chirp), w którym skuteczność wyławiania 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.

Z opisu polskiego zgłoszenia patentowego nr P. 387 958, znany jest sposób wyławiania krótkich sygnałów lokacyjnych typu chirp wykorzystujący jedno wspólne analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału wejściowego dla n równoległych filtracji dopasowanych w dziedzinie czasu, z wyników których są usuwane ujemne sploty, przy czym próbkowanie sygnału wejściowego odbywa się z częstotliwością fs bliską częstotliwości Nyquista i z automatycznie dobieraną optymalną fazą próbkowania na podstawie porównania maksimum maksimorum sygnału wyjściowego filtrów w bieżącym i poprzednim okresie wyławiania sygnału lokacyjnego, natomiast współczynniki wagowe o jednakowej liczbie dla 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.

Układ według opisu zgłoszenia patentowego nr P. 387 958 zawiera przetwornik analogowo cyfrowy, układ dystrybucyjny, generator, blok przetwarzania sygnałów cyfrowych składający się z n filtrów dopasowanych z pamięciami dla współczynników wagowych, szeregowo połączonych z n blokami usuwania ujemnych splotów i z wspólnym układem wyjściowym (MAX) wybierającym maksymalne wartości splotów oraz blok sterowania fazą próbkowania składający się z układu sterującego i układu wybierającego maksimum maksimorum sygnału wyjściowego, przy czym blok przetwarzania sygnałów cyfrowych jest taktowany sygnałami o częstotliwości bliskiej do częstotliwości Nyquista, a blok sterowania fazą próbkowania jest taktowany sygnałami od nadajnika sygnałów lokacyjnych, które wyznaczają okres wyławiania sygnału lokacyjnego.

Wykorzystanie n równoległych filtracji dopasowanych w dziedzinie czasu oraz zastosowanie automatycznego dobierania optymalnej fazy próbkowania sygnału wejściowego pozwala na uzyskanie maksymalnej czułości systemu lokacyjnego osiągalnej wyłącznie przy częstotliwościach próbkowania fs bliskich częstotliwości Nyquista oraz n-k-krotne zwiększenie rozdzielczości czasowej w zakresie jednego okresu próbkowania Ts = 1/fs, gdzie k - liczba dyskretnych wartości fazy próbkowania. Natomiast zwiększenie liczby filtrów dopasowanych pogarsza niezawodność identyfikacji sygnału lokacyjnego w porównaniu z niezawodnością pojedynczego filtru.

Istota sposobu wg wynalazku charakteryzuje się tym, że w celu zwiększenia niezawodności identyfikacji sygnału lokacyjnego dodatnie wyniki każdej z n filtracji są zapamiętywane w ciągu trwania okresu wyławiania kolejnego sygnału lokacyjnego, a do identyfikacji sygnału lokacyjnego wybierane są wyniki wyłącznie tego filtru, w którym uzyskano maksimum maksimorum sygnału wyjściowego, przy czym identyfikacja odbywa się na podstawie obliczania odstępu maksimum maksimorum sygnału od maksymalnej wartości pozostałych sygnałów wyjściowych wybranego filtru.

Pogorszenie niezawodności identyfikacji sygnału lokacyjnego przy wykorzystaniu n filtrów dopasowanych spowodowane jest tym, że w ciągu każdego okresu próbkowania Ts oblicza się n splotów w n filtrach, natomiast wybierany zostaje tylko jeden splot o maksymalnej wartości, przy czym za każdym razem może on być uzyskany z innego filtru. W wyniku tego w sąsiedztwie splotu maksimum maksimorum (listka głównego) pojawia się splot o zbliżonej wartości, lecz z innego filtru (listek boczny). Zwiększenie liczby filtrów równoległych oraz zwiększenie mocy szumu towarzyszącego sygnałowi lokacyjnemu powoduje zmniejszenie różnicy miedzy wartością listka głównego i bocznego, co utrudnia pracę układu decyzyjnego przy identyfikacji sygnału lokacyjnego.

Poniżej przykładowo w skali liniowej pokazane są wyniki filtracji dopasowanej dla pojedynczego filtru (rys. 1) oraz 8 równoległych filtrów w układzie według zgłoszenia patentowego nr P. 387 958 (rys. 2). Jako sygnał lokacyjny przyjęty został sygnał chirp bez szumu o następujących parametrach: czas trwania sygnału T = 2,5 μs, pasmo częstotliwości B = 15 MHz, częstotliwość początkowa f = 0, częstotliwość końcowa f₂ =15 MHz, B · T = 37,5, faza początkowa φ_ο = 95°, częstotliwość próbkowania sygnału fs = 30,2 MHz.

Na figurze 1 zaznaczono w jednostkach względnych wartość listka głównego (575000) oraz maksymalnego bocznego (1850), co w przeliczeniu na skalę logarytmiczną daje około 50dB. Duży odstęp sygnału od szumu w przypadku pojedynczego filtru pozwala na łatwą identyfikację sygnału lokacyjnego oraz precyzyjne określenie jego pozycji.

PL 218 299 B1

Na figurze 2 listek główny (maksimum maksimorum) ma taką samą wartość, jak na fig. 1, natomiast maksymalnym bocznym (549420) staje się listek główny innego filtru w następnym okresie próbkowania. Różnica pomiędzy zaznaczonymi wartościami stanowi około 0,4 dB, co utrudnia precyzyjne określenie położenia w czasie sygnału lokacyjnego. Szczególnie utrudniona jest identyfikacja listka głównego przy obecności szumu towarzyszącego sygnałowi lokacyjnemu.

Zgodnie z wynalazkiem do identyfikacji sygnału lokacyjnego wybierane są wyniki wyłącznie tego filtru, w którym uzyskano maksimum maksimorum sygnału wyjściowego (jak na fig. 1), co pozwala na zabezpieczenie niezawodności identyfikacji właściwej dla pojedynczego filtru niezależnie od liczby wykorzystanych filtrów.

Układ do wyławiania krótkich zaszumionych sygnałów lokacyjnych według wynalazku zawiera n układów pamięci (RAM1), (RAM 2) ,..., (RAMn) w bloku przetwarzania sygnałów cyfrowych oraz multiplekser (8.2) i układ decyzyjny (8.3) w bloku sterowania fazą próbkowania, przy czym wyjścia każdego z bloków usuwania ujemnych splotów (D1), (D2) ,..., (Dn) są połączone z wejściami odpowiednich układów pamięci (RAM1), (RAM2) ,..., (RAMn), wyjścia których są połączone z odpowiednimi wejściami multipleksera (8.2), wejście sterujące którego połączone jest z wyjściem układu (8.4) wybierającego maksimum maksimorum sygnału wyjściowego filtrów, wyjście multipleksera (8.2) połączone jest z jednym z wejść układu decyzyjnego (8.3), na drugie wejście którego podawany jest sygnał maksimum maksimorum z bloku (8.4), a na trzecie wejście stały sygnał o wartości progu δ^ natomiast wyjście układu (8.3) jest wyjściem całego układu do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych zawierającym sygnał identyfikacyjny (10).

Rozwiązanie według wynalazku przedstawiono na załączonym materiale ilustracyjnym, na którym fig. 1 przedstawia sygnał na wyjściu pojedynczego filtru, w którym występuje maksimum maksimorum po usunięciu ujemnych splotów, fig. 2 - sygnał na wyjściu układu do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych przy zastosowaniu 8 filtrów, fig. 3 przedstawia schemat układu według wynalazku.

Układ zawiera przetwornik analogowo cyfrowy (3), układ dystrybucyjny (4), generator (5), blok przetwarzania sygnałów cyfrowych (7) i blok sterowania fazą próbkowania (8), przy czym blok (7) składa się z n filtrów dopasowanych (MF1), (MF2), ..., (MFn) z pamięciami (M1), (M2), ..., (Mn) dla współczynników wagowych, n bloków usuwania ujemnych wartości splotów (D1), (D2), ..., (Dn), n układów pamięci (RAM1), (RAM2), ..., (RAMn) oraz układu wyjściowego (MAX) wybierającego maksymalne wartości splotów, zaś blok (8) zawiera układ sterujący (8.1), multiplekser (8.2), układ decyzyjny (8.3) oraz układ (8.4), który wybiera z sygnałów wyjściowych (9) ich maksimum maksimorum w każdym okresie wyławiania sygnału lokacyjnego.

Działanie układu wg wynalazku przedstawia się w ten sposób, iż na wejście układu, które jest wejściem przetwornika analogowo cyfrowego (3) podawany jest sygnał analogowy (1) od odbiornika systemu lokacyjnego. W przetworniku (3) sygnał (1) jest przetwarzany w sygnał cyfrowy z częstotliwością próbkowania fs, dopasowaną do sygnału lokacyjnego, przy czym faza początkowa sygnałów próbkowania (6) jest zmieniana automatycznie w celu maksymalnego dopasowania się do odebranych sygnałów lokacyjnych. W bloku (7) cyfrowy sygnał wejściowy poddawany jest filtracji dopasowanej w n filtrach (MF1), (MF2), ..., (MFn), pracujących równolegle w oparciu o zestawy współczynników wagowych umieszczonych w pamięciach (M1), (M2), ..., (Mn). Sygnały wyjściowe filtrów poddawane są operacji obcięcia ujemnych wartości, polegającej na zastępowaniu wartości ujemnych zerami, odpowiednio w blokach (D1), (D2), ..., (Dn), po czym zapamiętywane są w układach pamięci (RAM1), (RAM2), ..., (RAMn) i równolegle podawane są na wejścia bloku (ΜΑΧ), który wybiera maksymalne wartości splotów. Sygnały wyjściowe (9) bloku (MAX) zawierają informację o: maksymalnym splocie w każdym okresie próbkowania sygnału lokacyjnego, o pozycji tego splotu oraz o numerze filtru, w którym uzyskano maksymalny splot.

Sygnały o maksymalnej wartości w każdym okresie próbkowania z wyjścia bloku (MAX) podawane są na wejście bloku (8.4), który wybiera maksimum maksimorum sygnału w bieżącym okresie wyławiania sygnału lokacyjnego i podaje go na wejście układu sterującego (8.1). Układ sterujący na podstawie sygnałów maksimum maksimorum z bieżącego i poprzedniego okresu wyławiania sygnału lokacyjnego oraz informacji o kierunku poprzedniej zmiany fazy próbkowania wytwarza sygnał sterujący dla układu dystrybucyjnego (4).

Układ dystrybucyjny (4) wytwarza sygnały taktowania (6) o częstotliwości fs na drodze przerzedzenia sygnałów generatora (5) o częstotliwości k · n · f_s, przy czym zmiana fazy sygnału taktowania (położenia jego na osi czasu) odbywa się z dyskretnością AT_s = ^ w zakresie od 0 do T_s 1n.

W jednym okresie wyławiania sygnału lokacyjnego położenie na osi czasowej sygnału taktowania

PL 218 299 B1 może być zmienione pod wpływem sygnału sterującego, w stronę zwiększenia lub zmniejszenia, tylko o jedną wartość dyskretną AT_s. Sygnały taktowania (6) są wykorzystywane do próbkowania wejściowych sygnałów lokacyjnych w przetworniku analogowo cyfrowym (3) oraz do taktowania bloku (7).

Taktowanie bloku (8) odbywa się za pomocą sygnałów taktowania (2) podawanych od nadajnika sygnałów lokacyjnych. Sygnały taktowania (2) wyznaczają okresy wyławiania sygnału lokacyjnego. Identyfikacja sygnału lokacyjnego odbywa się za pomocą układów pamięci (RAM1), (RAM2), ..., (RAMn), multipleksera (8.2) i układu decyzyjnego (8.3). W chwili nadejścia kolejnego sygnału taktowania (2) od nadajnika sygnałów lokacyjnych multiplekser (8.2) sterowany sygnałem maksimum maksimorum z bloku (8.4) podłącza do wejścia układu decyzyjnego (8.3) wyjście układu pamięci zawierającego wartość maksimum maksimorum. Układ decyzyjny z wszystkich danych znajdujących się w podłączonej pamięci, z pominięciem wartości maksimum maksimorum, wybiera największą wartość, która jest wartością maksymalnego listka bocznego, oblicza różnicę między sygnałem maksimum maksimorum i wybranym listkiem bocznym, a następnie porównuje uzyskaną różnicę z zadanym progiem δ^ Przekroczenie progu δ_y świadczy o odebraniu sygnału lokacyjnego, co przekazuje się na zewnątrz za pomocą sygnału (10). Odczytywanie danych z wybranej pamięci, zapamiętanych w poprzednim okresie wyławiania sygnału lokacyjnego, odbywa się z szybkością zabezpieczającą całkowity odczyt tej pamięci do chwili rozpoczęcia kolejnego okresu.

Claims (2)

1. Sposób wyławiania krótkich zaszumionych sygnałów lokacyjnych typu chirp wykorzystujący jedno wspólne analogowo-cyfrowe przetwarzanie sygnału wejściowego dla n równoległych filtracji dopasowanych w dziedzinie czasu, z wyników których są usuwane ujemne sploty, przy czym próbkowanie sygnału wejściowego odbywa się z częstotliwością fs bliską częstotliwości Nyquista i z automatycznie dobieraną optymalną fazą próbkowania na podstawie porównania maksimum maksimorum sygnału wyjściowego filtrów w bieżącym i poprzednim okresie wyławiania sygnału lokacyjnego, natomiast współczynniki wagowe o jednakowej liczbie dla 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, znamienny tym, że dodatnie wyniki każdej z n filtracji są zapamiętywane w ciągu trwania okresu wyławiania kolejnego sygnału lokacyjnego, a do identyfikacji sygnału lokacyjnego wybierane są wyniki wyłącznie tego filtru, w którym uzyskano maksimum maksimorum sygnału wyjściowego, przy czym identyfikacja odbywa się na podstawie obliczania odstępu maksimum maksimorum sygnału od maksymalnej wartości pozostałych sygnałów wyjściowych wybranego filtru.

2. Układ do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych typu chirp zawierający przetwornik analogowo cyfrowy, układ dystrybucyjny, generator, blok przetwarzania sygnałów cyfrowych składający się z n filtrów dopasowanych z pamięciami dla współczynników wagowych, szeregowo połączonych z n blokami usuwania ujemnych splotów i z wspólnym układem wyjściowym (MAX) wybierającym maksymalne wartości splotów oraz blok sterowania fazą próbkowania składający się z układu sterującego i układu wybierającego maksimum maksimorum sygnału wyjściowego, przy czym blok przetwarzania sygnałów cyfrowych jest taktowany sygnałami o częstotliwości bliskiej do częstotliwości Nyquista, a blok sterowania fazą próbkowania jest taktowany sygnałami od nadajnika sygnałów lokacyjnych, znamienny tym, że zawiera n układów pamięci (RAM1), (RAM2) ,..., (RAMn) w bloku przetwarzania sygnałów cyfrowych oraz multiplekser (8.2) i układ decyzyjny (8.3) w bloku sterowania fazą próbkowania, przy czym wyjścia każdego z bloków usuwania ujemnych splotów (D1), (D2) ,..., (Dn) są połączone z wejściami odpowiednich układów pamięci (RAMI), (RAM2), ..., (RAMn), wyjścia których są połączone z odpowiednimi wejściami multipleksera (8.2), wejście sterujące którego jest połączone z wyjściem układu (8.4) wybierającego maksimum maksimorum sygnału wyjściowego filtrów, wyjście multipleksera (8.2) jest połączone z jednym z wejść układu decyzyjnego (8.3) na drugie wejście, którego podawany jest sygnał maksimum maksimorum z bloku (8.4) a na trzecie wejście stały sygnał o wartości progu δ^ natomiast wyjście układu (8.3) jest wyjściem całego układu do wykrywania krótkich sygnałów lokacyjnych zawierającym sygnał identyfikacyjny (10).