Адаптивний рекурентний фур’є-аналізатор

Реферат: Винахід належить до галузі обробки часових сигналів у часових прийомних трактах різного призначення і може бути використаний в радіозв’язку, радіолокації, акустиці, гідроакустиці. Адаптивний рекурентний Фур′є-аналізатор за рахунок адаптивного керування рівнем бічної пелюстки амплітудно-частотної характеристики гребінки рекурентних фільтрів Фур′є дозволяє підвищити завадостійкість приймання вузькосмугових сигналів. UA 106416 C2 (12) UA 106416 C2 UA 106416 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Пропоноване технічне рішення належить до області обробки часових сигналів у цифрових прийомних трактах різного призначення й може бути використане в радіозв'язку, радіолокації, акустиці, гідроакустиці. Більшість задач обробки часових сигналів: вузькосмугова допплерівська фільтрація імпульсних сигналів відомої тривалості, пошук сигналів невідомої частоти, частково - когерентна обробка, швидка згортка включають базову процедуру - обчислення дискретного перетворення Фур'є (ДПФ) часової послідовності відліків, помножених на вагові коефіцієнти функції "вікна" [1]. При шумовій заваді з рівномірним спектром оптимальна за критерієм максимуму відношення сигнал/завада обробка тонального сигналу невідомої частоти зводиться до вузькосмугової фільтрації гребінкою Фур'є фільтрів із прямокутним "вікном". При "небілій" заваді ступінь її пригнічення визначається рівнем АЧХ на частотному інтервалі дії завади. Відомий пристрій комплексної цифрової фільтрації, який може бути використаний для вузько смугового аналізу часових сигналів (А.с. СРСР № 443458, МПК Н03Н7/02, Н03Н7/28). Цифровий фільтр містить аналого-цифровий перетворювач (АЦП), арифметичний пристрій (в описі помножувач квантованих відліків сигналів на вагові коефіцієнти, підключений першим входом до виходу АЦП, ОЗП вагових коефіцієнтів, підключений виходом до другого входу першого помножувача, перший і другий квадратурні канали у складі помножувача відліків на коефіцієнти копії сигналу, накопичувального суматора, з'єднаного входом з виходом помножувача свого квадратурного каналу, перші входи помножувачів об'єднані й підключені до виходу помножувача квантованих відліків сигналів на вагові коефіцієнти, другий вхід помножувача першого квадратурного каналу з'єднаний з виходом формувача відліків синфазної копії, і другий вхід помножувача другого квадратурного каналу - з виходом формувача відліків квадратурної копії, об'єднувач квадратурних каналів), пристрій керування (в описі генератор тактових імпульсів), реверсивний лічильник, з'єднаний входом з виходом генератора тактових імпульсів. Пристрій має наступні недоліки: - цифровий фільтр реалізує пряме обчислення згортки реалізації - N відліків з копією, 2 потребує Q~N арифметичних операцій множення - додавання при формуванні N відліків комплексного спектра, що при великих значеннях N та частоти дискретизації - Fd висуває високі вимоги до швидкодії цифрових пристроїв; - не містить буферного запам'ятовуючого пристрою на N відліків сигналу і багатоканальність по часових затримках за невідомої затримки приходу сигналу повинна бути забезпечена шляхом розпаралелювання пристроїв обробки (помножувачів, інтеграторів) і генераторів копій сигналу; - вагові функції Хеммінга, Бартлетта, Кайзера зменшують чутливість у напрямку головної пелюстки і не забезпечують потенційної завадостійкості як при "білому" шумі, так і при зосередженій за спектром заваді. При динамічному спектральному аналізі в ковзному часовому вікні найбільш ефективним за кількістю арифметичних операцій є рекурентний метод Фур'є-аналізу, у такий спосіб виграш у кількості операцій становить ~ N разів у порівнянні із прямим обчисленням ДПФ та ~0,5·ℓn 2N разів у порівнянні з алгоритмом БПФ (структура рекурентного Фур'є-аналізатора [2]). Відомий пристрій містить перший, другий суматори комплексних відліків, перший, другий помножувачі комплексних відліків, перший, другий оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) комплексних відліків, перший вхід першого ОЗП комплексних відліків, з'єднаний з першим входом першого помножувача комплексних відліків і виходом джерела сигналу, вихід першого помножувача комплексних відліків, з'єднаний із другим входом першого ОЗП комплексних відліків, з'єднаного своїм виходом з першим входом другого суматора комплексних відліків, другий вхід якого з'єднаний з виходом другого помножувача комплексних відліків, перший вхід якого з'єднаний з виходом другого ОЗП комплексних відліків, другий вхід із блоком формування комплексних відліків z  1 , вхід якого з'єднаний з виходом другого суматора комплексних відліків. Пристрій виконує рекурентний Фур'є-аналіз у ковзному часовому вікні з фіксованою початковою фазою копій S z   z 1  S 1 z   y   z N  y  N ; 55 (1) де: S z  - комплексний спектральний відлік на частоті   2     / N в ν-й момент часу; y  - відлік вхідного сигналу в ν-й момент часу. 1 UA 106416 C2 z  exp i  2     / N ; 5 10 (2) До недоліків пристрою слід віднести: - високий - 13,2 дБ рівень першої бічної пелюстки фільтрів ДПФ, що визначає низьку завадостійкість; - накопичення помилок округлення, зрізання в процесі обчислень при N кратному множенні кожного відліку yν у накопиченій сумі Sν-1(zλ) на множники z  1 згідно (1) і, як наслідок, погіршення динамічного діапазону. Найкращим з погляду динамічного діапазону є рекурентний Фур'є-аналізатор з бігучою фазою копій [3]. S  z    S  1 z    y   z    y  N  z   N  S  1 z    y   y  N   z   ; 15 20 25 (3) Так, відомий рекурентний Фур'є-аналізатор за патентом США № 3778606, МПК G 06 F 17/14, вибраний за прототип, який містить аналого-цифровий перетворювач (АЦП), перший суматор, перший блок пам'яті, з'єднаний входом з першим входом першого суматора й виходом АЦП, а виходом із другим входом першого суматора, другий блок пам'яті, другий суматор, з'єднаний першим входом з виходом другого блока пам'яті, другим входом з виходом першого суматора, третій блок пам'яті, блок формування синусних-косинусних коефіцієнтів, перший, другий помножувачі, перші входи яких об'єднані й підключені до першого виходу блока формування синусних-косинусних коефіцієнтів, третій, четвертий помножувачі, перші входи яких об'єднані й підключені до другого виходу блока формування синусних-косинусних коефіцієнтів, при цьому другі входи першого й третього, а також другого й четвертого помножувачів з'єднані між собою, а виходи другого й третього, першого й четвертого помножувачів з'єднані з першими й другими входами третього й четвертого суматорів відповідно. Загальним недоліком рекурентних фільтрів ДПФ, у тому числі й прототипу, є неможливість керування рівнем бічних пелюсток ваговою обробкою часових відліків через відсутність у відомих вагових функцій An: Хзммінга, Бартлетта, Кайзера групової властивості комплексної експоненти z  n z n  z k  z nk  , (4) z  n  e i2 / N ; z  k  e i2k / N ; (5) An  Ak  Ank . (6) 30 35 В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомого пристрою в якому підвищення завадостійкості приймання вузькосмугових сигналів гребінкою рекурентних фільтрів Фур'є, в умовах загороджувальної завади, забезпечується за рахунок адаптивного керування рівнем бічної пелюстки їх амплітудно-частотної характеристики (АЧХ). Розв'язання задачі засновано на використанні наступних відомих співвідношень. Рівень завади на виході дискретного фільтра Фур'є - Пвих. від завади зі спектральною 2 щільністю S п(ω), що діє на його вході в смузі Dω дорівнює 40   Пв их.    S2вх.   H 2   d 1 ; D  2  1; D  2   (7) Завадостійкість q дискретного фільтра Фур'є, що формується рекурентно, з центральною частотою  і амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ) - H  визначається як відношення сигнал/завада на виході фільтра до відношення сигнал/завада на його вході й в 45 умовах загороджувальної завади з рівномірним спектром - S 2 з    2 / D , що діє в смузі D , обернено пропорційна середньоквадратичному по ω значенню АЧХ у смузі дії завади. 2 UA 106416 C2 q  С / Пв их.  / П / Sв х.  ; (8)     q  Ac /   S2вих.  Н  2  d 1 / Ac  S2в х.   d 1  D  2 D  2        (9)        2 2 2 2    / D  d 12    /D  H   d 12    H  d 12 D 12 ; D  D  D        При зосередженій на частоті ωз спектра заваді S 2 з    2    з  ; (10) 5   2 2 q  Ac /    2    з   H   d 1 Ac /   2    з   d 1  1 H з   1 ;  2 2    2     10 і завадостійкість q обернено пропорційна рівню АЧХ на частоті зосередженої завади - ωз. З (9), (11) випливає, що керуючи рівнем АЧХ у смузі дії завади можна досягти підвищення завадостійкості q. Комплексний коефіцієнт передачі - Нλ(ω) дискретного фільтра Фур'є N-го порядку з центральною частотою ωλ і прямокутною ваговою функцією часового вікна описується виразом [4]  H   e i N1 / 2  15 Sin N     / 2 ; N  Sin    / 2 (12) де:   2     / N ; 0    2   ; 20 (11) (13) Головні максимуми АЧХ дискретних фільтрів Фур'є N-го порядку із центральною частотою   H ,  розставлені в смузі аналізу із кроком ωλ.      ;   0,1.. N  1 ; (14) Додаткові максимуми вищих порядків -    , p1 АЧХ дискретних фільтрів Фур'є N-го порядку - H   ,  із центральною частотою    , що визначаються з умови N         ,p / 2    2  p  1 / 2 , p  11.. N  1 ; , 25 30 (15) перекриваються з додатковими максимумами вищих порядків - ωλ, р2 АЧХ дискретних фільтрів Фур'є N-го порядку - H0  із центральною частотою ωλ і можуть бути використані для когерентної компенсації завади, що діє по його бічних пелюстках, лінійною комбінацією вихідних комплексних відліків вихідного фільтра із центральною частотою ωλ і одного із сусідніх фільтрів ˆ   i  ,    Im H1   H0   S   H0   S0   ,    Re H1           H2   S0  ; (16) Комплексний коефіцієнт передачі адаптивного рекурентного дискретного фільтра Фур'є N-го порядку Н2λ(ω) формується як лінійна комбінація комплексних коефіцієнтів передачі - вихідного Н0λ(ω) і коригувального - H1    фільтрів. H2   H0    ,   Re H1     i  ,   ImH1    ; (17) 35 Відповідним вибором вагових коефіцієнтів корекції α(λ, Δλ), β(λ, Δλ), наприклад у вигляді (18), (19) 3 UA 106416 C2 ,   Re H0   , / Re H1   ,  ; (18) ,   ImH0   ,  / ImH1   ,  ; (19) можна досягти виконання нерівності H2   H0  2 2 (20) 5 і, відповідно до (9), (11) підвищення завадостійкості фільтра в смузі дії однобічної загороджувальної й зосередженої завади за рахунок негативної інтерференції пелюсток, що перекриваються, комплексних коефіцієнтів передачі вихідного - Н0λ(ω) і коригувального Н1λ±Δλ(ω) фільтрів 10 q2  q0 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (21) Поставлене завдання підвищення завадостійкості рекурентного Фур'є-аналізатора при загороджувальній заваді в смузі Dω на вході пристрою обробки досягається тим, що у відомий пристрій, що містить аналого-цифровий перетворювач (АЦП), суматор - віднімач, оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) дійсних відліків сигналу, з'єднаний входом D із входом D1 суматора - віднімача і виходом D АЦП, а виходом D - із входом D2 суматора - віднімача, перший помножувач, другий помножувач, з'єднані входами D1 з виходом D суматора - віднімача, формувач синусних - косинусних коефіцієнтів, з'єднаний виходом D1 із входом D2 першого помножувача, виходом D2 - із входом D2 другого помножувача, перший накопичувальний суматор, з'єднаний входом D1 з виходом D першого помножувача, другий накопичувальний суматор, з'єднаний входом D1 з виходом D другого помножувача, ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, з'єднаний входом D з виходом D першого накопичувального суматора, ОЗП уявних відліків комплексного спектра, з'єднаний входом D з виходом D другого накопичувального суматора, блок керування, додатково уведені виявляч надпорогових спектральних відліків, коректор спектральних відліків, з'єднаний входом ℓ з виходом D виявляча надпорогових спектральних відліків, входом D1 із входом D1 виявляча надпорогових спектральних відліків, виходом D ОЗП дійсних відліків комплексного спектру, підключеним до входу D2 першого накопичувального суматора, входом D2 - із входом D2 виявляча надпорогових спектральних відліків, виходом D ОЗП уявних відліків комплексного спектра, підключеним до входу D2 другого накопичувального суматора, при цьому виявляч надпорогових спектральних відліків виконаний у вигляді першого квадратора, з'єднаного входом D із входом D1 виявляча надпорогових спектральних відліків, другого квадратора, з'єднаного входом D із входом D2 виявляча надпорогових спектральних відліків, першого 2-х входового паралельного суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D першого квадратора, входом D2 - з виходом D другого квадратора, ПЗП порогів, блоку граничної обробки спектральних відліків, з'єднаного входом D1 з виходом D ПЗП порогів, входом D2 - з виходом D першого 2-х входового паралельного суматора, першого селектора, з'єднаного входом D з виходом D блоку порогової обробки, першого, другого регістрів, входи D яких з'єднані між собою та входом λ, виявляча надпорогових спектральних відліків, входи Запис з'єднані відповідно з виходами D1 і D2 першого селектора, суматора по модулю 2, з'єднаного входом D1 із джерелом постійного рівня логічного нуля, виходом D із входом Управл.2 першого селектора, другого селектора, з'єднаного входом D1 з виходом D першого регістру й входом D2 суматора по модулю 2, а входом D2 з'єднаного з виходом D другого регістру, при цьому вихід D другого селектора є виходом виявляча надпорогових спектральних відліків, крім того, коректор спектральних відліків, виконаний у вигляді другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектру, другого ОЗП уявних відліків комплексного спектру, підключених входами D відповідно до входів D1 і D2 коректора спектральних відліків, ПЗП коефіцієнтів корекції, третього помножувача, з'єднаного входом D1 з виходом D1 ПЗП коефіцієнтів корекції, четвертого помножувача, з'єднаного входом D1 з виходом D2 ПЗП коефіцієнтів корекції, третього селектора, з'єднаного входом D1 із входом D2 третього помножувача, підключеним до виходу D другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектру, четвертого селектора, з'єднаного входом D1 із входом D2 четвертого помножувача, підключеним до виходу D другого ОЗП уявних відліків комплексного спектру, третього накопичувального суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D третього селектора, четвертого накопичувального суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D четвертого селектора, третього квадратора, входи D1 і D2, якого об'єднані й з'єднані з виходом D і входом D2 третього 4 UA 106416 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 накопичувального суматора, четвертого квадратора, входи D1 і D2 якого об'єднані й з'єднані з виходом D і входом D2 четвертого накопичувального суматора, другого 2-х входового паралельного суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D третього квадратора, входом D2 з виходом D четвертого квадратора, комутатора команд Запис-Зчитування ОЗП, з'єднаного входом D1 із входом λ коректора спектральних відліків, виходом D - із входами Управл.3 другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, другого ОЗП уявних відліків комплексного спектру, керуючого пристрою коректора спектральних відліків, з'єднаного входом D із входом і коректора спектральних відліків, виходом Команди магістраллю керування 2, з'єднаного із входом D2 комутатора команд Запис-Зчитування ОЗП, входами Управл.3 ПЗП коефіцієнтів корекції, третього, четвертого помножувачів, третього, четвертого селекторів, третього, четвертого накопичувальних суматорів, третього, четвертого квадраторов, другого 2-х входового паралельного суматора, а входи Управл.1 АЦП, суматора-віднімача, ОЗП відліків сигналів, першого й другого помножувачів, формувача синусних - косинусних коефіцієнтів, першого й другого накопичувальних суматорів, першого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, першого ОЗП уявних відліків комплексного спектра, першого й другого квадраторів, першого 2входового паралельного суматора, ПЗП порогів, блока граничної обробки, першого, другого регістрів, другого селектора, комутатора команд ОЗП Запис - Зчитування, керуючого пристрою блока корекції спектральних відліків магістраллю керування 1 підключені до відповідних виходів Команди блоку керування, при цьому вихід D другого 2-х входового паралельного суматора є виходом адаптивного рекурентного Фур'є-аналізатора. Пропоноване технічне рішення пояснюється кресленнями: На Фіг. 1 представлена структура адаптивного рекурентного Фур'є-аналізатора; на Фіг. 2 представлена структура виявляча надпорогових спектральних відліків; на Фіг. 3 представлена структура коректора спектральних відліків; на Фіг. 4 представлена часова діаграма роботи адаптивного рекурентного Фур'є-аналізатора, де позначені: Тд - період дискретизації, Т0 період адаптивного рекурентного Фур'є аналізу, Т1 - період рекурентного формування первинного Фур'є-спектра та порогової обробки, Т2 період запису даних первинного Фур'єспектра та порогової обробки в коректор спектральних відліків, Т3 - період адаптивної корекції спектральних відліків; на Фіг. 5 представлені: безперервною тонкою лінією - АЧХ одиничного рекурентного Фур'є-фільтра - прототипу N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц з номером k=128, пунктирною лінією Н1λ - АЧХ одиничного коригувального рекурентного фільтру Фур'є з номером k=128+4, N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц, безперервною товстою лінією Н2λ - АЧХ одиничного адаптивного рекурентного Фур'є-фільтра з параметрами прототипу й однобічним пригніченням бічних пелюсток при загороджувальній заваді в смузі прийому, розташованої праворуч від головного максимуму; на Фіг. 6 представлені безперервною тонкою лінією - АЧХ одиничного рекурентного Фур'є фільтра - прототипу N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц з номером k=128, штриховою лінією Н3 λ - АЧХ одиничного коригувального рекурентного фільтру Фур'є с номером k=128-4, N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц, безперервною товстою лінією - АЧХ одиничного рекурентного Фур'є фільтра з параметрами прототипу й однобічним пригніченням бічних пелюсток при загороджувальній заваді в смузі прийому, розташованої ліворуч від головного максимуму; на Фіг. 7 представлені: безперервною тонкою лінією Н0λ - АЧХ одиничного рекурентного фільтра Фур'є прототипу з номером k=128, N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц, пунктирною лінією Н1λ - АЧХ одиничного коригувального рекурентного фільтра Фур'є з номером k=128+4, N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц, штриховою лінією Н3 λ - АЧХ одиничного коригувального рекурентного фільтра Фур'є с номером k=128-4, N=256 порядку при частоті дискретизації F=512 Гц, безперервною товстою лінією Н5λ - АЧХ одиничного адаптивного рекурентного Фур'є фільтра з параметрами прототипу й двостороннім пригніченням бічних пелюсток. Пристрій, містить аналого-цифровий перетворювач (АЦП) 1, суматор-віднімач 2, оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) дійсних відліків сигналу 3, з'єднаний входом D із входом D1 суматора- віднімача 2 і виходом D АЦП 1, а виходом D - із входом D2 суматоравіднімача 2, перший помножувач 4, другий помножувач 5, з'єднані входами D1 із виходом D суматора-віднімача 2, формувач синусних-косинусних коефіцієнтів 6, з'єднаний виходом D1 із входом D2 першого помножувача 4, виходом D2 - із входом D2 другого помножувача 5, перший накопичувальний суматор 7, з'єднаний входом D1 із виходом D першого помножувача 4, другий накопичувальний суматор 8, з'єднаний входом D1 із виходом D другого помножувача 5, перший ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 9, з'єднаний входом D із виходом D першого накопичувальний суматора 7, перший ОЗП уявних відліків комплексного спектра 10, з'єднаний входом D з виходом D другого накопичувального суматора 9, блок керування 11, а також 5 UA 106416 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 виявляч, надпорогових спектральних відліків 12, коректор спектральних відліків 13, з'єднаний входом ℓ із виходом D виявляча надпорогових спектральних відліків 12, входом λ з'єднаний із входом λ виявляча надпорогових спектральних відліків 12, підключеного до відповідного виходу блока керування 11, входом D1 із входом D1 виявляча надпорогових спектральних відліків 12 виходом D ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 9, підключеним до входу D2 першого накопичувального суматора 7, входом D2 із входом D2 виявляча надпорогових спектральних відліків, виходом D ОЗП уявних відліків комплексного спектра 10, підключеним до входу D2 другого накопичувального суматора 8, при цьому, виявляч надпорогових спектральних відліків 12 виконаний у вигляді першого квадратора 14, з'єднаного входом D із входом D1 виявляча надпорогових спектральних відліків 12, другого квадратора 15, з'єднаного входом D із входом D2 виявляча надпорогових спектральних відліків 12, першого 2-х входового паралельного суматора 16, з'єднаного входом D1 із виходом D першого квадратора 14, входом D2 із виходом D другого квадратора 15, ПЗП порогів 17, блока порогової обробки спектральних відліків 18, з'єднаного входом D1 з виходом D першого 2-х входового паралельного суматора, входом D2 з виходом D ПЗП порогів 17, першого селектора 19, з'єднаного входом D із виходом D блока порогової обробки 18, першого 20, другого 21 регістрів, входи D яких з'єднані між собою та входом λ виявляча надпорогових спектральних відліків, входи Запис з'єднані відповідно із виходами D1 і D2 першого селектора 19, суматора по модулю 2-22, з'єднаного входом D1 із джерелом постійного рівня логічного нуля, виходом D із входом Управл.2 першого селектора 19, другого селектора 23, з'єднаного входом D1 із виходом D першого регістра 20 і входом D2 суматора по модулю 2-22, а входом D2 з'єднаного з виходом D другого регістра 21, при цьому вихід D другого селектора 23 є виходом виявляча надпорогових спектральних відліків 12, коректор спектральних відліків 13, виконаний у вигляді другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 24, другого ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25, підключених входами D відповідно до входів D1 і D2 коректора спектральних відліків 13, ПЗП коефіцієнтів корекції 26, третього помножувача 27, з'єднаного входом D1 α з виходом α ПЗП коефіцієнтів корекції 26, четвертого помножувача 28, з'єднаного входом D1 β з виходом β ПЗП коефіцієнтів корекції 26, третього селектора 29, з'єднаного входом D1 із входом D2 третього помножувача 27, підключеним до виходу D другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 24, четвертого селектора 30, з'єднаного входом D1 із входом D2 четвертого помножувача 28, підключеним до виходу D другого ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25, третього накопичувального суматора 31, з'єднаного входом D1 з виходом D третього селектора 29, четвертого накопичувального суматора 32, з'єднаного входом D1 із виходом D четвертого селектора 30, третього квадратора 33, входи D1 і D2 якого об'єднані й з'єднані із виходом D та входом D2 третього накопичувального суматора 31, четвертого квадратора 34, входи D1 та D2 якого об'єднані й з'єднані із виходом D і входом D2 четвертого накопичувального суматора 32, другого 2-х входового паралельного суматора 35, з'єднаного входом D1 із виходом D третього квадратора 33, входом D2 із виходом D четвертого квадратора 34, комутатора команд 36 ЗаписЗчитування ОЗП, з'єднаного входом D1 із входом λ коректора спектральних відліків 13, виходом D - із входами Управл.3 другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 24, другого ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25, керуючого пристрою 37 коректора спектральних відліків 13, з'єднаного входом D із входом ℓ коректора спектральних відліків, виходом Команди магістраллю керування 2 з'єднаного із входом D2 комутатора команд 36 Запис-Зчитування ОЗП, входами Управл.3 ПЗП коефіцієнтів корекції 26, третього - 27, четвертого - 28 помножувачів, третього - 29, четвертого - 30 селекторів, третього - 31, четвертого - 32 накопичувальних суматорів, третього - 33, четвертого - 34 квадраторів, другого 2-входового паралельного суматора 35, а входи λ виявляча надпорогових спектральних відліків 12, коректора спектральних відліків 13, входи Управл.1 АЦП 1, суматора - віднімана 2, ОЗП дійсних відліків сигналів 3, першого 4 та другого 5 помножувачів, формувача синусних-косинусних коефіцієнтів 6, першого 7 і другого 8 накопичувальних суматорів, першого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 9, першого ОЗП уявних відліків комплексного спектра 10, першого - 14 та, другого - 15 квадраторов, першого 2-х - входового паралельного суматора 16, ПЗП порогів 17, блока граничної обробки 18, першого - 19, другого - 20 регістрів, другого селектора 23, комутатора команд ОЗП Запис-Зчитування 36, керуючого пристрою блока корекції амплітудного спектра 37 магістраллю керування 1 підключені до відповідних виходів Команди, блока керування 11, при цьому вихід D другого 2-входового паралельного суматора 35 є виходом рекурентного адаптивного Фур'є-аналізатора. Роботу пристрою розглядаємо на прикладі адаптивного рекурентного Фур'є-аналізатора з параметрами: смуга аналізу - 256 Гц, частота дискретизації - 512 Гц, порядок фільтра - 256. 6 UA 106416 C2 5 10 15 20 У кожному ν-м періоді дискретизації адаптивний рекурентний Фур'є-аналізатор виконує наступні дії: - у момент часу tν по синхросигналу F0.БK від блоку керування 11 на входах Управл.1 АЦП 1 виконується дискретизація вхідного сигналу y(t) → yν, на входах Управл.1 першого ОЗП дійсних відліків 2 встановлюється адреса mod (ν- N, N), на входах Управл.1 першого - 20 і другого - 21 регістрів команда Встановлення 0, на входах Управл.1 комутатора 36 команд режиму ЗаписЧитання команда - 1 (Читання), при цьому на виході D першого регістра 20 - вході D1 суматора по модулю 2-22 встановлюється число 0, суматор по модулю 2-22 формує на своєму виході D вході Управл.2 першого селектора 19 команду 0 як функцію Нерівнозначність 2- х змінних, що дорівнюють 0. По команді 0 на вході Управл.2 перший селектор 19 підключає вихід D1 до входу Запис першого регістра 20 і відключає вхід Запис другого регістра 21; - по синхросигналу F1.БK на входах Управл.1 ОЗП дійсних відліків сигналу 2 з його виходу D зчитується відлік ymod(ν- N, N) на вхід D2 суматора - віднімача 3, цифровий відлік дійсного сигналу yν з виходу D АЦП 1 надходить на вхід D першого ОЗП дійсних відліків 2 і вхід D1 суматора - віднімача 3; - по синхросигналу F2.БK від блока керування 11 на входах Управл.1 ПЗП синфазних/квадратурних копій 10 формується адреса - λо, mod (ν,N), на входах Управл.1 ОЗП дійсних відліків сигналу 2 формується адреса - mod (ν,N), на виході D суматора - віднімача 3, входах D1 першого помножувача 4 і другого помножувача 7 формується відлік Δyν y   y   ymod   N,N ; (22) - по синхросигналу F3.БK від блока керування 11 на виходах D1, D2 ПЗП синфазних/квадратурних копій 6 - вході D2 першого помножувача 4 та вході D2 другого помножувача 5 встановлюються відповідно відліки синфазної - uλ, v та квадратурної - vλ, v копій 25 (23) v  ,   sin 2      mod ,N / N ; 30 u ,   cos2      mod ,N / N ; (24) - по синхросигналу F4.БK від блока керування 11 на виході D ОЗП дійсних відліків комплексного спектру 9 - вході D2 першого накопичувального суматора 7 встановлюється дійсний відлік комплексного спектра - Re (Sλ, ν-1), на виході D ОЗП уявних відліківкомплексного спектра 10 - вході D2 другого накопичувального суматора 8 встановлюється уявний відлік комплексного спектра - Im(Sλ ν-1), на виході D першого помножувача 4 - вході D1 першого накопичувального суматора 7 встановлюється відлік добутку ΔUν співмножників Δyν, uν U  y   u ; (25) 35 на виході D другого помножувача 5 - вході D1 накопичувального суматора 8 встановлюється відлік добутку - ΔVν співмножників Δyν, vν V  y   v  . 40 (26) - по синхросигналу F5.БK від блока керування 11 на виході D першого накопичувального суматора 7 - вході D першого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 9, вході D першого квадратора 14, встановлюється дійсний відлік комплексного спектра - Re(Sλо, ν), обчислений рекурентно в ν-му періоді дискретизації на частоті ωλo Re So ,    Re So ,    Uo ,  ; (27) 45 на виході D другого накопичувального суматора 8 - вході D першого ОЗП уявних відліків комплексного спектра 10, вході D другого квадратора 15 встановлюється уявний відлік комплексного спектра - Im(Sλ, ν), обчислений рекурентно в ν-му періоді дискретизації на частоті ωλ. 50 Im So ,    Im So ,    Vo ,  ; (28) 7 UA 106416 C2 5 - по синхросигналу F6.БK від блока керування 11 дійсний відлік комплексного спектра - Re (S0λ, ν) записується у пам'ять першого ОЗП дійсних відліків 9; - по синхросигналу F7.БK від блока керування 11 перший квадратор 14, другий квадратор 15 формують, відповідно, на своїх виходах D, входах D1, D2 паралельного 2-х входового суматора 2 2 16 квадрати синфазного - Re (Sλо, ν) і квадратурного - Im (Sλо, ν) відліків комплексного спектра на частоті ω(λо); - по синхросигналу F8.БК від блоку керування 11 2-х входовий паралельний суматор 16 2 формує на своєму виході D - вході D1 блока граничної обробки 18 спектральний відлік S0 λ, ν S0 2 o ,   Re 2 S o ,    Im 2 S o ,   ; (29) 10 - по синхросигналу F9.БК від блоку керування 11 блок граничної обробки 18 обчислює 2 різницю Δ спектрального відліку S0 λ, ν тa порогу Р на вході D2 від ПЗП порогів 17 і формує на своєму виході D - вході D - виході D1 першого селектора 19 - вході Запис першого регістру 19 команду ε(Δ) 15  o ,   S 2 o,   P ;  o ,    (30) 1  Дозвіл запису, якщо  о ,   0; ; (31) 0  Заборона запису, якщо  о ,   0; 20 25 30 35 40 - по синхросигналу F10.БК від блока керування 11 номер спектрального відліку λ на вході D першого регістру 20 при команді на його вході Запис - ε = 1 з виходу D блоку граничної обробки 17 записується в перший регістр 20, суматор по модулю 2-22 змінює свій стан на виході D вході Управл.2 першого селектора 19 з 0 на 1, перший селектор 19 відключає вихід D блоку граничної обробки 18 від входу Запис першого регістра 20 і підключає до входу Запис другого регістра20. Надалі, до закінчення етапу рекурентного Фур'є аналізу номера відліків, що перевищили поріг записуються в другий регістр 22. Таким чином, по завершенню Фур'є аналізу в ν-му періоді дискретизації в першому регістрі 20 записано перший - найменший номер спектрального відліку, що перевищив поріг - ℓmin, у другому регістрі 22 записано найбільший номер спектрального відліку, що перевищив поріг - ℓmax. Формування одного спектрального відліку та його порогова обробка займають 10 тактів F.БK, для L спектральних відліків потрібно 10L тактів. По синхросигналу F.10L+1.БК, від блока керування 11 на входах Управл.1 комутатора 36 команд режиму Запис / Читання встановлюється команда Запис, на вході ОЗП відліків сигналу 2 встановлюється адреса mod (ν,N). По синхросигналу F.10L+2.БК, від блока керування 11 на входах Управл.1 ОЗП відліків сигналу 2 відлік уν з виходу АЦП1 записується у пам'ять ОЗП 2 відліків сигналу 2 за адресою mod (ν,N). По синхросигналах F.10L+2 + (2k+1).БК від блока керування 11 на входах Управл.1 першого ОЗП дійсних відліків 9, першого ОЗП уявних відліків 10, вході λ комутатора 36 команд Запис / Читання - входах Управл.3 другого ОЗП дійсних відліків 24, другого ОЗП уявних відліків 25 послідовно встановлюються адреси зчитування - запису λо + k. k  0,.. L  1; 45 50 (32) По синхросигналах F.10L+2 + 2k+2.БК від блока керування 11 на входах Управл.1 першого ОЗП дійсних відліків 9, першого ОЗП уявних відліків 10, на виході D першого ОЗП дійсних відліків 9 - вході D другого ОЗП дійсних відліків 24, на виході D першого ОЗП уявних відліків 10 вході D другого ОЗП уявних відліків 25 послідовно встановлюються відповідно дійсні відліки комплексного спектра - Re(Sλ, ν), уявні відліки комплексного спектра - Im(Sλ, ν). По синхросигналах F.10L+1 + (2k+3).БК від блока керування 11 на входах Управл.3 другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра 24, другого ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25 відліки комплексного спектра - Re(Sλ, ν), Im(Sλ, ν) записуються відповідно у ОЗП 24, ОЗП 25. 8 UA 106416 C2 5 10 15 20 25 30 По синхросигналам F.10L+2 + (2L+1) + 1, F.10L+2 + (2L+1) + 2. БК від блока керування 11 на входах Управл.1 другого селектора 23 та керуючого пристрою 37 коректора спектральних відліків 13 мінімальний номер спектрального відліку, що перевищив поріг - ℓmin з виходу першого регістра 20 та максимальний номер спектрального відліку, що перевищив поріг - ℓmax з виходу другого регістра 21 записуються до пам'яті керуючого пристрою 37. По завершенню попереднього рекурентного спектрального аналізу керуючий пристрій 36 коректора спектральних відліків 13 визначає режим корекції відліків комплексного спектра S λ,ν аналізом положення на осі частот відліків, що перевищили поріг ℓ ν.min, ℓν.msx, щодо інших відліків: для всіх λ: λ ℓν.min задається режим однобічної корекції комплексним відліком S λ-4, ν; для всіх λ: ℓν.min < λ < ℓν.msx задається режим двосторонньої корекції комплексними відліками S , ν, S λ-4, ν; λ+4 для всіх λ: ℓν.min = ℓν.msx=0 задається режим відсутність корекції. Коректор спектральних відліків 23 на другому етапі Фур'є - аналізу виконує наступні дії: - по синхросигналу F0.КП керуючий пристрій 37 на своїх виходах Команди - вході Управл.3 виході D2 комутатора команд 36 режимів ОЗП - входах Управл.3. ОЗП дійсних відліків комплексного спектру - 24, ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25 установлює адресу λо, на вході Управл.3 третього селектора 30, четвертого селектора 31 команду Установка 0, при цьому вихід D ОЗП дійсних відліків комплексного спектра - 24 - вхід D2 - вихід D третього селектора - 29 підключений до входу D1 третього накопичувального суматора 31, вихід ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25 - вхід D2 - вихід D четвертого селектора 30 підключений до входу D1 четвертого накопичувального суматора 32; - по синхросигналу F1.КП керуючого пристрою 37 на виході D ОЗП дійсних відліків комплексного спектра - 24 - вході D - виході D третього селектора 29 - вході D1 третього накопичувального суматора 31 встановлюється відлік Re(Sλо, ν), на виході D ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25 - вході D - виході D четвертого селектора 30 - вході D1 четвертого накопичувального суматора 32 встановлюється відлік Im(Sλo, ν); - по синхросигналу F2.КП керуючого пристрою 38 на входах Управл.3. третього накопичувального суматора 31, четвертого накопичувального суматора 32 відліки Re(S λo, ν), ˆ ˆ Im(Sλо, ν), записуються, відповідно, у їхні внутрішні регістри Re S , Im S     (33)   (34) ˆ Re S  ,   Re S o ,   ; ˆ Im S  ,   Im S o ,   ; 35 40 45 50 55 - по синхросигналу F3.КП керуючого пристрою 37 на його виході Команди - вході Управл.3. виході D2 комутатора команд 36 режимів ОЗП - входах Управл.3. ОЗП дійсних відліків комплексного спектра - 24, ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25, ПЗП коефіцієнтів корекції 26 встановлюється адреса λо-4,0 (λо+4,1), на вході Управл.3 третього селектора 29, четвертого селектора 60 встановлюється команда 1; - по синхросигналу F4.КП керуючого пристрою 38 на входах Управл.3 ОЗП дійсних відліків комплексного спектра - 24, ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25, ПЗП коефіцієнтів корекції 26 на виході D ОЗП дійсних відліків комплексного спектра - 24 - вході D2 третього помножувача 27 встановлюється відлік Re(Sλo-4, ν), на виході D ОЗП уявних відліків комплексного спектра 25 - вході D2 четвертого помножувача 28 встановлюється відлік Im(Sλo, ν), на виході D ПЗП коефіцієнтів корекції 26 - вході D1 третього помножувача 27 встановлюється коефіцієнт корекції α(λо, ℓ), вході D2 четвертого помножувача 28 встановлюється коефіцієнт корекції β(λо, ℓ); - по синхросигналу F5.КП керуючого пристрою 37 на входах Управл.3 третього помножувача 27, четвертого помножувача 28 на виході D третього помножувача 27 - вході D1 третього накопичувального суматора 32 встановлюється відлік добутку α(λо, ℓ)·Re(S λо-4, ν), на виході D четвертого помножувача 28 - вході D1 четвертого накопичувального суматора 33 встановлюється відлік добутку β(λо, ℓ)·Im(S λо-4, ν); - по синхросигналу F6.КП керуючого пристрою 38 на входах Управл.3 третього накопичувального суматора 31, четвертого нагромаджуючого суматора 32 на виході D третього накопичувального суматора 32 - вході D1 третього квадратора 33 встановлюється ˆ відкоректований відлік Re S ,  , на виході D четвертого накопичувального суматора 34 - вході  o   ˆ D1 четвертого квадратора 35 встановлюється відкоректований відлік Im S o ,  9  UA 106416 C2     ˆ Re S o ,   Re S0 o ,    o,    Re S o4 ,   , ˆ Im S o ,   Im S o ,    o,    Im S o 4 ,   ; 5 (36) - по синхросигналу F7.КП керуючого пристрою 38 на входах Управл.3 другого 2-х входового ˆ суматора 35 на його виході D формується спектральний відлік S2 o ,  .     2 2 ˆ ˆ ˆ So ,  2  Re So ,   Im So ,  ; 10 15 25 30 (37) - по синхросигналу F8.КП керуючий пристрій 38 встановлює на своїх виходах Команди - вході Управл.3 - виході D2 комутатора команд 36 режимів ОЗП - входах Управл.3. ОЗП дійсних відліків комплексного спектру - 24, ОЗП уявних відліків комплексного спектра - 25 адресу λ = λо+1, на вході Управл.3 третього селектора 30, четвертого селектора 31 команду Установка 0 і виконується послідовність операцій F0.КП - F7.КП формування відкоректованого спектрального ˆ відліку S2o1,  . У такий спосіб реалізується адаптивний рекурентний Фур'є-аналіз часових сигналів. Виграш у завадостійкості - В пропонованого пристрою щодо прототипу визначається відношенням завадостійкості адаптивного рекурентного фільтра - qinov. до завадостійкості прототипу - qprot. q B  inov ; qprot 20 (35) (38) У Таблиці наведені значення 20  og10 B , що розраховані для випадків однобічної загороджувальної завади в смузі Dω/2. Технічний результат - підвищення завадостійкості щодо прототипу на ~ 13 дб в умовах однобічної загороджувальної завади та на ~ 20 дб в умовах прицільної завади, що діє по додатковому максимуму АЧХ, досягається додатковою обробкою в просторі комплексних відліків спектра: - рекурентним формуванням оцінки спектральних відліків у кожному періоді дискретизації; - пороговою обробкою масиву спектральних відліків і аналізом розподілу надпорогових на осі частот у кожному періоді дискретизації; - вибором режиму за результатами порогового обробки - відсутність корекції, одне/двостороннє придушення завади та коефіцієнтів корекції для кожного k-го фільтра в кожному періоді дискретизації; - формуванням коригованого комплексного відліку рекурентного k-го ДПФ фільтра як лінійної комбінації комплексного відліку вихідного рекурентного k-того ДПФ фільтра й зважених коефіцієнтами корекції комплексних відліків рекурентних бічних - k ± Δλ, фільтрів, які забезпечують негативну інтерференцію додаткових максимумів, що перекриваються, у кожному періоді дискретизації. 35 Таблиця Адаптивний рекурентний Фур'є-аналізатор Параметр обробки Найбільший бічний рівень АЧХ за межами її головного пелюстка (дБ) Середній рівень АЧХ за межами головного пелюстка в смузі Dω/2 (ДБ) Середній виграш завадостійкості в смузі Dω/2 відносно прототипу (дБ) Загороджувальна по спектру в смузі Dω/2, однобічна до центральної частоти фільтра завада Пристрій Прототип Винахід -13,2 -36,1 -34,1 -46,96 0 12,9 10 UA 106416 C2 5 Джерела інформації:. 1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. "Питер". 2002. с. 287-299. 2. Рабинер. Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М. "Мир". 1978 с. 423, 427. 3. Плотников В.Н. Белинский А.В. Суханов В.А. Жигулевцев Ю.Н. Цифровые анализаторы спектра. М. "Радио и связь". 1990. С. 13. 4. Рабинер. Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М. "Мир". 1978 с. 126. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Адаптивний рекурентний Фур'є-аналізатор, що містить аналого-цифровий перетворювач (АЦП), суматор-віднімач, оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП) дійсних відліків сигналу, з'єднаний входом D із входом D1 суматора-віднімача і виходом D АЦП, а виходом D - із входом D2 суматора-віднімача, перший помножувач, другий помножувач, з'єднані входами D1 з виходом D суматора-віднімача, формувач синусних-косинусних коефіцієнтів, з'єднаний виходом D1 із входом D2 першого помножувача, виходом D2 - із входом D2 другого помножувача, перший накопичувальний суматор, з'єднаний входом D1 з виходом D першого помножувача, другий накопичувальний суматор, з'єднаний входом D1 з виходом D другого помножувача, ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, з'єднаний входом D з виходом D першого накопичувального суматора, ОЗП уявних відліків комплексного спектра, з'єднаний входом D з виходом D другого накопичувального суматора, блок керування, який відрізняється тим, що додатково введені виявляч надпорогових спектральних відліків, коректор спектральних відліків, з'єднаний входом ℓ з виходом D виявляча надпорогових спектральних відліків, входом D1 із входом D1 виявляча надпорогових спектральних відліків, виходом D ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, підключеним до входу D2 першого накопичувального суматора, входом D2 - із входом D2 виявляча надпорогових спектральних відліків, виходом D ОЗП уявних відліків комплексного спектра, підключеним до входу D2 другого накопичувального суматора, при цьому виявляч надпорогових спектральних відліків виконаний у вигляді першого квадратора, з'єднаного входом D із входом D1 виявляча надпорогових спектральних відліків, другого квадратора, з'єднаного входом D із входом D2 виявляча надпорогових спектральних відліків, першого 2-входового паралельного суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D першого квадратора, входом D2 - з виходом D другого квадратора, ПЗП порогів, блока граничної обробки спектральних відліків, з'єднаного входом D1 з виходом D ПЗП порогів, входом D2 - з виходом D першого 2-входового паралельного суматора, першого селектора, з'єднаного входом D з виходом D блока порогової обробки, першого, другого регістрів, входи D яких з'єднані між собою та входом λ виявляча надпорогових спектральних відліків, входи Запис з'єднані відповідно з виходами D1 і D2 першого селектора, суматора по модулю 2, з'єднаного входом D1 із джерелом постійного рівня логічного нуля, виходом D із входом Управл.2 першого селектора, другого селектора, з'єднаного входом D1 з виходом D першого регістра й входом D2 суматора по модулю 2, а входом D2 з'єднаного з виходом D другого регістра, при цьому вихід D другого селектора є виходом виявляча надпорогових спектральних відліків, крім того, коректор спектральних відліків, виконаний у вигляді другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, другого ОЗП уявних відліків комплексного спектра, підключених входами D відповідно до входів D1 і D2 коректора спектральних відліків, ПЗП коефіцієнтів корекції, третього помножувача, з'єднаного входом D1 з виходом D1 ПЗП коефіцієнтів корекції, четвертого помножувача, з'єднаного входом D1 з виходом D2 ПЗП коефіцієнтів корекції, третього селектора, з'єднаного входом D1 із входом D2 третього помножувача, підключеним до виходу D другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, четвертого селектора, з'єднаного входом D1 із входом D2 четвертого помножувача, підключеним до виходу D другого ОЗП уявних відліків комплексного спектра, третього накопичувального суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D третього селектора, четвертого накопичувального суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D четвертого селектора, третього квадратора, входи D1 і D2 якого об'єднані й з'єднані з виходом D і входом D2 третього накопичувального суматора, четвертого квадратора, входи D1 і D2 якого об'єднані й з'єднані з виходом D і входом D2 четвертого накопичувального суматора, другого 2входового паралельного суматора, з'єднаного входом D1 з виходом D третього квадратора, входом D2 з виходом D четвертого квадратора, комутатора команд Запис-Зчитування ОЗП, з'єднаного входом D1 із входом λ коректора спектральних відліків, виходом D - із входами Управл.3 другого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, другого ОЗП уявних відліків 11 UA 106416 C2 5 10 комплексного спектра, керуючого пристрою коректора спектральних відліків, з'єднаного входом D із входом ℓ коректора спектральних відліків, виходом Команди магістраллю керування 2, з'єднаного із входом D2 комутатора команд Запис-Зчитування ОЗП, входами Управл.3 ПЗП коефіцієнтів корекції, третього, четвертого помножувачів, третього, четвертого селекторів, третього, четвертого накопичувальних суматорів, третього, четвертого квадраторів, другого 2входового паралельного суматора, а входи Управл.1 АЦП, суматора-віднімача, ОЗП відліків сигналів, першого й другого помножувачів, формувача синусних-косинусних коефіцієнтів, першого й другого накопичувальних суматорів, першого ОЗП дійсних відліків комплексного спектра, першого ОЗП уявних відліків комплексного спектра, першого й другого квадраторів, першого 2-входового паралельного суматора, ПЗП порогів, блока граничної обробки, першого, другого регістрів, другого селектора, комутатора команд ОЗП Запис-Зчитування, керуючого пристрою блока корекції спектральних відліків магістраллю керування підключені до відповідних виходів Команди блока керування, при цьому вихід D другого 2-входового паралельного суматора є виходом адаптивного рекурентного Фур'є-аналізатора. 12 UA 106416 C2 13 UA 106416 C2 14 UA 106416 C2 15 UA 106416 C2 16 UA 106416 C2 17 UA 106416 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 18