RU213825U1

RU213825U1 - MATCHED FILTER

Info

Publication number: RU213825U1
Application number: RU2022114673U
Authority: RU
Inventors: Владимир Анатольевич Цимбал; Сергей Николаевич Шиманов; Василий Евгеньевич Тоискин; Александр Владимирович Кузин; Денис Владимирович Лебедев; Александр Анатольевич Жарнов; Александр Витальевич Суханов; Андрей Алексеевич Гончаров; Артём Олегович Оськин
Filing date: 2022-05-30
Publication date: 2022-09-29

Abstract

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в системах синхронизации радиосистем различного профиля, функционирующих в сложной помеховой обстановке. Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности приема и обработки двадцатиразрядной последовательности вида «11111111000011100110». Последовательность отрезков гармонических колебаний поступает на фильтр 1. На выходе этого фильтра под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс подается на линию задержки 2 с отводами. Прямоугольный радиоимпульс, перемещаясь вдоль линии задержки 2, и, в зависимости от номера отвода с линии задержки, проходя через фазовращатели 3.1-3.7, поочередно возбуждает входы сумматора 4. Затем происходит суммирование полученных сигналов. По результату суммирования выносится решение о наличии или отсутствии сигнала. 5 ил.

The utility model relates to the field of radio engineering and can be used in synchronization systems for radio systems of various profiles operating in a difficult interference environment. The technical result of the utility model is to enable the reception and processing of a twenty-digit sequence of the form "11111111000011100110". A sequence of segments of harmonic oscillations enters filter 1. At the output of this filter, under the influence of the input delta pulse, a radio pulse appears with a rectangular envelope. This pulse is applied to delay line 2 with taps. A rectangular radio pulse, moving along the delay line 2, and, depending on the tap number from the delay line, passing through the phase shifters 3.1-3.7, alternately excites the inputs of the adder 4. Then the received signals are summed. Based on the summation result, a decision is made on the presence or absence of a signal. 5 ill.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники и может быть использована в системах синхронизации радиосистем различного профиля, функционирующих в сложной помеховой обстановке.The utility model relates to the field of radio engineering and can be used in synchronization systems for radio systems of various profiles operating in a difficult interference environment.

Известно устройство обработки фазо-кодо-манипулированных сигналов по коду Баркера, содержащее фильтр, многоотводную линию задержки, М фазовращателей, сумматор, причем вход фильтра является входом устройства, а выход фильтра соединен с входом М-го фазовращателя и с входом многоотводной линии задержки, М-1 выходов которой соединены с каждым из М-1 фазовращателей, которые в свою очередь соединены с входом сумматора, к которому также подключен выход М-го фазовращателя, а выход сумматора является выходом устройства (Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / С.И. Баскаков. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 2000 - 462 с. 351 с.).A device for processing phase-code-keyed signals according to the Barker code is known, containing a filter, a multi-tap delay line, M phase shifters, an adder, and the filter input is the input of the device, and the filter output is connected to the input of the M-th phase shifter and to the input of the multi-tap delay line, M -1 outputs of which are connected to each of the M-1 phase shifters, which in turn are connected to the input of the adder, to which the output of the M-th phase shifter is also connected, and the output of the adder is the output of the device (Baskakov S.I. Radio engineering circuits and signals: textbook for universities on the special "Radio engineering" / S.I. Baskakov - 3rd edition revised and additional - M .: Higher school, 2000 - 462 pp. 351 pp.).

Недостатком аналога является ограниченные функциональные возможности, выражающиеся в невозможности получения непериодической и периодической автокорреляционной функции, основной лепесток которой имеет ширину в четыре тактовых импульса, а боковые лепестки равны нулю.The disadvantage of the analogue is the limited functionality, expressed in the impossibility of obtaining a non-periodic and periodic autocorrelation function, the main lobe of which has a width of four clock pulses, and the side lobes are equal to zero.

Наиболее близким по технической сущности решением является согласованный фильтр, содержащий вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки. В него введены тринадцать фазовращателей и сумматор, причем фазовращатели подключены к восемнадцатому выходу линии задержки, семнадцатому выходу линии задержки, тринадцатому выходу линии задержки, двенадцатому выходу линии задержки, одиннадцатому выходу линии задержки, первому выходу линии задержки, а к выходу вспомогательного фильтра параллельно многоотводной линии задержки подключен фазовращатель, выход которого подключен к сумматору, к которому также подключены все выходы с линии задержки (RU №193623).The closest technical solution is a matched filter containing an auxiliary filter, the input of which is the input of the device, and its output is the input of the delay line. Thirteen phase shifters and an adder are introduced into it, and the phase shifters are connected to the eighteenth delay line output, the seventeenth delay line output, the thirteenth delay line output, the twelfth delay line output, the eleventh delay line output, the first delay line output, and to the output of the auxiliary filter in parallel with the multitap line delay, a phase shifter is connected, the output of which is connected to the adder, to which all outputs from the delay line are also connected (RU No. 193623).

Недостатком прототипа является то, что он принимает только одну числовую последовательность вида «10011100011111111100», то есть ограниченные функциональные возможности.The disadvantage of the prototype is that it accepts only one numerical sequence of the form "10011100011111111100", that is, limited functionality.

Задачей полезной модели является обеспечение возможности приема и обработки двадцатиразрядной последовательности вида «11111111000011100110».The objective of the utility model is to provide the possibility of receiving and processing a twenty-bit sequence of the form "11111111000011100110".

Сущность полезной модели заключается в том, что Согласованный фильтр, содержащий вспомогательный фильтр, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки, семь фазовращателей и сумматор, выход вспомогательного фильтра параллельно многоотводной линии задержки подключен к сумматору, к которому также подключены выходы линии задержки, первый фазовращатель подключен к выходу фильтра параллельно многоотводной линии задержки, второй фазовращатель подключен к третьему выходу линии задержки, третий фазовращатель подключен к четвертому выходу линии задержки, четвертый фазовращатель подключен к восьмому выходу линии задержки, пятый фазовращатель подключен к девятому выходу линии задержки, шестой фазовращатель подключен к десятому выходу линии задержки, седьмой фазовращатель подключен к одиннадцатому выходу линии задержки, выход первого фазовращателя подключен к сумматору, к которому также подключены все выходы линии задержки.The essence of the utility model is that the Matched filter containing the auxiliary filter, the input of which is the input of the device, and its output is the input of the delay line, seven phase shifters and an adder, the output of the auxiliary filter in parallel with the multi-tap delay line is connected to the adder, to which the outputs are also connected delay lines, the first phase shifter is connected to the filter output in parallel with the delay line, the second phase shifter is connected to the third delay line output, the third phase shifter is connected to the fourth delay line output, the fourth phase shifter is connected to the eighth delay line output, the fifth phase shifter is connected to the ninth delay line output, the sixth phase shifter is connected to the tenth output of the delay line, the seventh phase shifter is connected to the eleventh output of the delay line, the output of the first phase shifter is connected to the adder, to which all outputs of the delay line are also connected.

На фиг. 1 изображена электрическая структурная схема согласованного фильтра для приема двадцатиразрядной последовательности вида «11111111000011100110», на фиг. 2 изображена автокорреляционная функция дискретной двадцатиразрядной последовательности в непериодическом режиме, на фиг. 3 изображена автокорреляционная функция дискретной двадцатиразрядной последовательности при наличии трех повторов, на фиг. 4 изображена непериодическая автокорреляционная функция фазоманипулированной двадцатиразрядной последовательности, на фиг. 5 изображена периодическая автокорреляционная функция фазоманипулированной двадцатиразрядной последовательности.In FIG. 1 shows an electrical block diagram of a matched filter for receiving a twenty-bit sequence of the form "11111111000011100110", in Fig. 2 shows the autocorrelation function of a discrete twenty-bit sequence in non-periodic mode, FIG. 3 shows the autocorrelation function of a discrete twenty-bit sequence in the presence of three repetitions, FIG. 4 shows the non-periodic autocorrelation function of a phase-shift keyed twenty-bit sequence, FIG. 5 shows the periodic autocorrelation function of a phase-shift keyed twenty-bit sequence.

Согласованный фильтр содержит вспомогательный фильтр 1, вход которого является входом устройства, а его выход является входом линии задержки 2, семь фазовращателей 3.1…3.7 и сумматор 4, выход вспомогательного фильтра параллельно многоотводной линии задержки подключен к сумматору, к которому также подключены все девятнадцать выходов линии задержки 1…19, семь фазовращателей 3.1…3.7 подключены соответственно: первый фазовращатель 3.1 - к выходу фильтра параллельно многоотводной линии задержки, второй фазовращатель 3.2 - к третьему выходу линии задержки 3, третий фазовращатель 3.3 - к четвертому выходу линии задержки 4, четвертый фазовращатель 3.4 - к восьмому выходу линии задержки 8, пятый фазовращатель 3.5 - к девятому выходу линии задержки 9, шестой фазовращатель 3.6 - к десятому выходу линии задержки 10, седьмой фазовращатель 3.7 - к одиннадцатому выходу линии задержки 11, выход первого фазовращателя 3.1 подключен к сумматору, к которому также подключены все выходы линии задержки 1-19.The matched filter contains an auxiliary filter 1, the input of which is the input of the device, and its output is the input of the delay line 2, seven phase shifters 3.1 ... 3.7 and an adder 4, the output of the auxiliary filter in parallel with the multi-tap delay line is connected to the adder, to which all nineteen outputs of the line are also connected delays 1 ... 19, seven phase shifters 3.1 ... 3.7 are connected respectively: the first phase shifter 3.1 - to the filter output parallel to the multi-tap delay line, the second phase shifter 3.2 - to the third output of the delay line 3, the third phase shifter 3.3 - to the fourth output of the delay line 4, the fourth phase shifter 3.4 - to the eighth output of the delay line 8, the fifth phase shifter 3.5 - to the ninth output of the delay line 9, the sixth phase shifter 3.6 - to the tenth output of the delay line 10, the seventh phase shifter 3.7 - to the eleventh output of the delay line 11, the output of the first phase shifter 3.1 is connected to the adder, to to which all delay line outputs 1-19 are also connected.

Согласованный фильтр работает следующим образом. Последовательность отрезков гармонических колебаний поступает на вход вспомогательного фильтра 1. На выходе вспомогательного фильтра 1 под воздействием входного дельта-импульса возникает радиоимпульс с огибающей прямоугольной формы. Этот импульс поступает в линию задержки 2 с отводами. Прямоугольный радиоимпульс, перемещаясь вдоль линии задержки 2, и, в зависимости от номера отвода с линии задержки 1-19, проходя через фазовращатели 3.1-3.7 поочередно возбуждает входы сумматора 4. На каждом такте работы схемы в сумматоре 4 происходит суммирование полученных сигналов. Результат суммирования является основанием для принятия решения о наличии или отсутствии сигнала в линии задержки 2.The matched filter works as follows. A sequence of segments of harmonic oscillations is fed to the input of the auxiliary filter 1. At the output of the auxiliary filter 1, under the influence of the input delta pulse, a radio pulse with a rectangular envelope occurs. This pulse enters the delay line 2 with taps. A rectangular radio pulse, moving along the delay line 2, and, depending on the tap number from the delay line 1-19, passing through the phase shifters 3.1-3.7 alternately excites the inputs of the adder 4. At each cycle of operation of the circuit in the adder 4, the received signals are summed. The summation result is the basis for making a decision about the presence or absence of a signal in the delay line 2.

Общая длительность линии задержки 2 с отводами составляет величину 19 τ₀, при этом задержка сигналов между двумя каждыми смежными отводами имеет величину τ₀.The total duration of the delay line 2 with the taps is 19 τ ₀ , while the signal delay between each two adjacent taps is τ ₀ .

Фазовращатели 3 обеспечивают поворот фазы отрезка гармонического колебания, поступающего на их вход, на величину 180°.The phase shifters 3 provide a phase rotation of the segment of the harmonic oscillation entering their input by 180°.

Сумматор 4 на двадцать входов обеспечивает сложение отрезков гармонического колебания, имеющихся как на выходах линии задержки 2, так и на выходах фазовращателей 3.The adder 4 for twenty inputs provides the summation of the segments of the harmonic oscillations available both at the outputs of the delay line 2 and at the outputs of the phase shifters 3.

Совокупность линии задержки 2 с отводами 1-19 и фазовращателей 3 представляет собой «замороженную» искомую двадцатиразрядную последовательность. Поэтому последовательно поступающие фазоманипулированные импульсы двадцатиразрядной последовательности с выхода вспомогательного фильтра 1 на вход линии задержки 2 будут складываться в сумматоре 4 в общее гармоническое колебание. При этом огибающая общего гармонического колебания будет от такта к такту отображать автокорреляционную функцию данной дискретной двадцатиразрядной последовательности. При поступлении девятнадцатого импульса в линию задержки 2 с отводами, а двадцатого импульса на сумматор 4, все фазоманипулированные импульсы двадцатиразрядной последовательности сложатся в сумматоре 4 в фазе на одном периоде в общее гармоническое колебание, что будет соответствовать автокорреляционному пику данной дискретной двадцатиразрядной последовательности. Дальнейшее продвижение фазоманипулированных импульсов искомой последовательности по линии задержки 2 с отводами приведет к уменьшению числа складываемых в сумматоре 4 импульсов, и огибающая их суммы от такта к такту также будет отображать автокорреляционную функцию данной дискретной двадцатиразрядной последовательности.The set of delay line 2 with taps 1-19 and phase shifters 3 is a "frozen" desired twenty-bit sequence. Therefore, sequentially arriving phase-shift keyed pulses of a twenty-bit sequence from the output of the auxiliary filter 1 to the input of the delay line 2 will be added in the adder 4 into a common harmonic oscillation. In this case, the envelope of the general harmonic oscillation will display the autocorrelation function of this discrete twenty-bit sequence from cycle to cycle. When the nineteenth pulse arrives at the delay line 2 with taps, and the twentieth pulse at the adder 4, all phase-shift keyed pulses of the twenty-bit sequence will add up in the adder 4 in phase over one period into a common harmonic oscillation, which will correspond to the autocorrelation peak of this discrete twenty-bit sequence. Further advancement of the phase-shift keyed pulses of the desired sequence along the delay line 2 with taps will lead to a decrease in the number of pulses added in the adder 4, and the envelope of their sum from cycle to cycle will also display the autocorrelation function of this discrete twenty-bit sequence.

Автокорреляционная функция дискретной двадцатиразрядной последовательности в непериодическом режиме имеет вид, представленный на фиг. 2. Отличительной ее особенностью является то, что длительность основного лепестка составляет 4 то, по отношению к длительности 2 то, которую имеют основные, известные к настоящему времени дискретные последовательности. Однако автокорреляционная функция дискретной двадцатиразрядной последовательности при наличии трех повторов имеет вид, представленный на фиг. 3. Из фиг. 3 следует, что в периодическом режиме автокорреляционная функция двадцатиразрядной последовательности имеет боковые лепестки, равные нулю, чего нет ни у одной из известных дискретных последовательностей.The autocorrelation function of a discrete twenty-bit sequence in non-periodic mode has the form shown in Fig. 2. Its distinctive feature is that the duration of the main lobe is 4 times, in relation to the duration of 2 times, which have the main, currently known discrete sequences. However, the autocorrelation function of a discrete twenty-bit sequence in the presence of three repetitions has the form shown in Fig. 3. From FIG. 3 it follows that in the periodic mode, the autocorrelation function of the twenty-bit sequence has side lobes equal to zero, which is not the case for any of the known discrete sequences.

При поступлении на вход согласованного фильтра одного повтора такой последовательности на выходе согласованного фильтра будет получена автокорреляционная функция фазоманипулированной двадцатиразрядной последовательности, которая представлена на фиг. 4. Отметим, что данная автокорреляционная функция является непериодической.When one repetition of such a sequence is received at the input of the matched filter, the autocorrelation function of the phase-shift keyed twenty-bit sequence will be obtained at the output of the matched filter, which is shown in Fig. 4. Note that this autocorrelation function is non-periodic.

При поступлении на вход согласованного фильтра трех повторов такой последовательности на выходе согласованного фильтра будет получена автокорреляционная функция фазоманипулированной двадцатиразрядной последовательности, которая представлена на фиг. 5. Отметим, что данная автокорреляционная функция имеет два периода с нулевыми боковыми лепестками и на их длительности представляет собой периодическую автокорреляционную функцию.When three repetitions of such a sequence are received at the input of the matched filter, the autocorrelation function of the phase-shift keyed twenty-bit sequence will be obtained at the output of the matched filter, which is shown in Fig. 5. Note that this autocorrelation function has two periods with zero side lobes and is a periodic autocorrelation function over their duration.

Таким образом, предполагаемый согласованный фильтр позволяет реализовать функции, не предусмотренные прототипом, и может быть изготовлен на известной элементной базе и известными промышленными средствами.Thus, the proposed matched filter allows you to implement functions that are not provided by the prototype, and can be manufactured on a known element base and known industrial means.

Claims

A matched filter containing an auxiliary filter, the input of which is the input of the device, and its output is the input of the delay line, seven phase shifters and an adder, the output of the auxiliary filter in parallel with the multi-tap delay line is connected to the adder, to which the outputs of the delay line are also connected, characterized in that the first the phase shifter is connected to the filter output in parallel with the delay line, the second phase shifter is connected to the third delay line output, the third phase shifter is connected to the fourth delay line output, the fourth phase shifter is connected to the eighth delay line output, the fifth phase shifter is connected to the ninth delay line output, the sixth phase shifter is connected to the tenth output of the delay line, the seventh phase shifter is connected to the eleventh output of the delay line, the output of the first phase shifter is connected to the adder, to which all outputs of the delay line are also connected.