DE2736214A1 - Signalverarbeitungssystem zur signalheraushebung aus einem stoerhintergrund - Google Patents

Description

• ~~Signalverarbeitungssystem zur Signalheraushebung aus einem
• Störhintergrund (Zusatz zu Patent 2 158 982 angem.: 27. 11. 71) Die Erfindung betrifft ein Signalverarbeitungssystem zum in/ Herausheben eines oder mehrerer ihrer Form bekannten Signale aus einem im wesentlichen bekannten Störhintergrund (weißes oder farbiges Rauschen), das als variable Verzögerungsleitung, Pulskompressionsfilter (Korrelator bzw. Matched-Filter), MTI-Filter oder Video-Integrator in der Radar-und Ubertragungstechnik anwendbar ist und das sowohl Abtast-und Haltekreise sowie Multiplizierer, die der Multiplikation der Abtastwerte mit einem vorgegebenen Bewertungssignal dienen, als auch einen Summierer zur Addition der bewerteten Abtastwerte und schließlich einen dem Summierer nachgeschalteten Tiefpaß zur Unterdrückung der durch die Abtastung entstehenden Wiederholspektren enthält, bei dem time Abtast- und Haltekreise sowie die Multiplizierer in einer Bank aus gleichartigen parallelen Schaltungen vorgesehen sind, bei dem ein Generator zur aktiven Erzeugung und zur zeitlichen Staffelung des Bewertungssignals (der zeitversetzten Bewertungsfunktion) vorgesehen ist und bei dem jedes den Multiplizierer zugeführte Bewertungssignal aus den Abtastwerten der Impuls antwort des Signalverarbeitungssystems besteht.
• In der Signalverarbeitung besteht beispielsweise oft die Notwendigkeit, im Frequenzmultiplex angelieferte Signale durch eine Bank paralleler Bandpaß-Filter mit unterschiedlichen Mittenfrequenzen und ggf. unterschiedlichen Durchlaßcharakteristicken zu trennen. Dies läuft auf die realzeitige Mehrfach-Filterung eines einzigen Eingangssignals hinaus, also letzlich auf die gleichzeitige Faltung des Eingangssignals mit mehreren Impulsantworten oder der Multiplikation des Eingangsspektrums mit mehreren Vbertragungsfunktionen. Darüber hinaus sind viele Anwendungen in der Signalverarbeitung denkbar, bei denen ein analoges Eingangssignal gleichzeitig (d. h. realzeitig) mit mehreren Impulsantworten (bzw. tbertragungsfunktionen) "bearbeitet" werden soll, wobei dann i Ausgangsleitungen vorhanden sein müssen. Jeder der o( Ausgangsleitungen entspricht eine Verzögerungsleitung mit einer Impulsantwort hk (t), wobei alle hk (t) unterschiedlich sind (1 c k <=o'). Ein anderer Anwendungsfall ist die Spektralanalyse mittels einer Filterbank.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Mehrfachfilterung ohne Digitalisierung des Eingangssignals und damit ohne teure A/D-Wandler und nachfolgende teure und leistungsverbrauchende Digitalfilter mit einer Schaltungsanordnung zu realisieren, die monolithisch integrierbar ist. Darüber hinaus sollen die verschiedenen Filtercharakteristiken von außen umprogrammierbar und sowohl die Amplituden- wie die Phasengänge frei wählbar sein. Damit ergeben sich für eine große Vielfalt von Einsatzzwecken immer die gleichen Bausteine. Sie werden erst vom Anwender programmiert. Dies führt zu einer Standardisierung, zu sehr großen Stückzahlen bei der Fertigung und damit zu einer wesentlichen Kostenersparnis, was einen weiteren wesentlichen Vorteil der Erfindung darstellt.
• Die Aufgabe wird nach der Erfindung durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst.
• Die Erfindung wird im folgenden an einem Anwendungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert.
• Es wird von folgender verlegung ausgegangen: Bei jedem linearen, zeitinvarianten Signalverarbeitungssystem für analoge Signale wird das kontinuierliche Ausgangssignal (t) durch Falten des kontinuierlichen Eingangssignals s1 (t) mit der kontinuierlichen Impulsantwort h (t) des Systems (Filterms) gebildet: Betrachtet man h (t) (bzw. seine Fouriertransformierte, die Ubertragungsfunktion H (f)) als bandbegrenzt, so kann man unter Einhaltung des Abtasttheorems mit den Abtastwerten von h (t) arbeiten. Ersetzt man in (1) h (t) durch seine Abtastwerte, so gelangt man, wie in der Patentschrift 2 158 982 gezeigt, auf den wohlbekannten Typ des Transversal- oder Laufzeitkettenfilters. Bei diesem ist, wie überhaupt bei allen bisher bekannten, realzeitig arbeitenden Filtertypen die Impulsantwort h (t) (bzw. H (f)) in der Hardware des Filters abgelegt. Zur Änderung der Filtercharakteristik muß also im allgemeinen Hardware geändert werden (Spulen und Kondensatoren bei LC-Filtern; Bewertungskoeffizienten bei Transversalfiltern; bei N-Pfad-Filtern läßt sich nur die Mittenfrequenz ohne Eingriff auf die Hardware ändern). tei dem bekannten im vorstehenden geschilderten Laufzeitkettenfilter werden sowohl die Impulsantwort wie auch das Eingangssignal durch ihre Abtastwerte ersetzt. Dies führt zu einem Filteraufbau, der aus einer Bank paralleler, gleichartiger Schaltungen besteht und bei dem die Impulsantwort (Filtercharåkteristik) in Form ihrer Abtastwerte als aktives Signal den parallelen Schaltungen der Bank zugeführt werden muß (Filter mit aktiver Bewertungsfunktion). Durch Ändern dieses Signals kann man dann die Filtercharakteristik (nicht nur die Mittenfrequenz wie bei N-Pfad-Filtern) variieren, ohne Hardware ändern zu müssen.
• jeder Abtastwert des Eingangssignals wird für die Dauer (Dauer der Impulsantwort des äquivaltenten Transversalfilters) in einer der parallelen Speicherzellen (Kondensator) festgehalten und sequentiell mit den Abtastwerten der Impulsantwort multipliziert.
• In Fig. 1 ist das Schaltbild des Signalverarbeitungssystems nach der Erfindung dargestellt.
• Es besteht aus einem zentralen Generator 1, parallelen Abtast-und Haltekrelsen 2, Multiplizierern 3, einem gesteuerten Schalter 4, iialtekrcisen 5 und Tiefpaßfiltcrn 6.
• Man kann die Abtastwerte mehrerer Impulsantworten h1 (t)...h g (t-) ineinanderschachteln und damit die Abtastwerte des Eingangssignals multiplizieren. Man erhält auf dem AusgRngs-Summn-Bus dann die ineinandergeschachtelten, zu verschiedenen Filtercharakteristiken gehörenden Abtastwerte des Ausgangssignals, die durch einen gesteuerten Schalter 4 getrennt und auf X Ausgangsleitungen gegeben werden. An Stelle der Abtastwerte h* (t) einer kontinuierlichen Impulsantwort h (t) werden die ineinandergeschachtelten Abtastwerte gemäß Fig. 2 von c<Impulsantwortcn .(ob= 2 in Fig. 2), nämlich verwendet. Hinter dem Schalter 4 kann pro Kanal erforderlichenfalls ein Haltekreis 5 zur Verbesserung des Geräuschabstandes sowie ein Tiefpaßfilter 6 zur Unterdrückung der bei allen Abtastsystemen vorhandenen Wiederholspektren eingeschaltet sein.
• An Hand eines einfachen Beispiels soll das Signalverarbeitungssystem nach der Erfindung erläutert werden. Es bestehe die Aufgabe, ein analoges Signal um jeweils 3 Tb, 6 Tb und 8 Tb verzögert auf 3 getrennten Ausgangsleitungen zur Verfügung zu stellen. Die übliche Schaltungsausführung mit einer angezapften Verzögerungsleitung zeigt Fig. 3. Fig. 4 zeigt die Signale der erfindungsgemäßen Anordnung mit ausführlichen, das Verständnis erl-eichternden Bezeichnungen.
• Einfache Multiplizierer für die Einzelschaltungen ergeben sich dann, wenn man für die Abtastwerte der Impulsantworten nur die Werte 0 und +1 sowie -1 zuläßt. Um demnach beliebige Impulsantworten zu realisieren, kann man, wie bereits bekannt und in Fig. 5 dargestellt, /3 Laufzeitkettenfilter 1 parallelschalten, mittels Dämpfungsgliedern 7 binär wichten und die 4 Ausgänge nach der Wichtung mit Hilfe eines Summierers 8 addieren. Man kann so ineinandergeschachtelte, in 4 -Bit quantisierte Impulsantworten realisieren und durch großes ß zumindest die durch andere Störeffekte der praktischen Schaltung (Eigen---rauschen) begrenzte Genauigkeit der Impulsantwort erreichen.
• Eventuell notwendige Haltekreise und Tiefpaßfilter werden in die Ausgänge der einzelnen Filter geschaltet.
• Die leichte Programmierbarkeit der hier beschriebenen Filteranordnung ergibt sich dadurch, daß bei Zulassung nur der Werte 0, +1 und ggf. -1 für die Abtastwerte der Impulsantwort nur ein bzw. zwei Schieberegister für jedes der Bparallelgeschalteten Systeme vorhanden sein muß, die als zentrale Generatoren arbeiten und in denen jeweils nur einfache, die Impulsantwort beschreibende Bitmuster zyklisch durchlaufen müssen.
• Pa diese Bitmuster sehr leicht und sehr schnell (elektronisch) geändert werden könnens erhält man eine bequeme Programmierbarkeit.
• Die Zahl der ineinandergeschachtelten Impulsantworten ist in der Praxis im wesentlichen beschränkt durch die Aperturzeit der Abtastschalter und durch die Geschwindigkeit, mit der sich die Multiplikation des jeweiligen Eingangssignales mit einem Abtastwert einer Impulsantwort durchführen läßt. Ist die erforderliche Zcit zum Multiplizieren TM und die Abtastfrequenz für das Eingangssignal f = 1/Tb, so können annähernd Tb α = TM verschiedene Filtercharakteristiken realisiert werden. Ist f = 1/Tb = 2 MHz und UM = 50 ns, so können immerhin annähernd 10 Filter dargestellt werden.
• Durch Multiplexen, d. h. Parallelschalten mehrerer der hier beschriebenen Systeme, wobei die zentralen Generatoren zeitversetzte Bewertungssignale erzeugen, läßt sich o( noch vergrößern.
• Leerseite

Claims (2)

1. Signalverarbeitungssystem zur Signalheraushebung aus einem Störhintergrund (Zusatz zu Patent 2 158 982 angem. 27. 11. 71) Patentansprüche: Signalverarbe itungssystem zum Herausheben eines in seiner Form bekannten Signals aus einem im wesentlichen bekannten Störhintergrund (weißes oder farbiges Rauschen), das als variable Verzögerungsleitung, Pulskompressionsfilter (Korrelator bzw. Matched-Filter), MTl-Filter oder Video-Integrator in der Radar- und Ubertragungstechnik anwendbar ist und das sowohl Abtast- und Haltekreise sowie Multiplizierer, die der Multiplikation der Abtastwerte mit einem vorgegebenen Bewertungssignal dienen, als auch einen Summierer zur Addition der bewerteten Abtastwerte und scilieRlieh einen dem Summierer r.-chgeschalteten Tiefpaß zur Unterdrückung der durch die Abtastung entstehenden Wiederholspektren enthält, bei dem die Abtast- und Kaltekreise sowie die Multiplizierer in einer Bank aus gleichartigen parallelen Schaltungen vorgesehen sind, bei dem ein Generator zur aktiven Erzeugung und zur zeitlichen Staffelung des Bewertungssignales (der zeitversetzten Bewertungsfunktion) vorgesehen ist und bei dem jedes den Multiplizierern zugeführte Bewertungssignal aus den Abtastwerten der Impulsantwort des Signalverarbeitungssystems besteht (nach Patent 2 158 982), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein einem Laufzeitkettenfilter äquivalXentes Filter mit parallelem Aufbau und aktiver, von außen leicht programmierbarer Bewertungsfunktion verwendbar ist, daß als Bewertungsfunktion zur Erzielung mehrerer zu ) Filtercharakteristiken die ineinandergeschachtel ten Abtastwerte hk (t) mehrerer (ot) Impuisantworten hk (t) verwendbar sind, daß bei der Verwendung von Abtastwerten der Impulsantworten mit Werten 1 0 und / + 1 ß Filter (1) parallelgeschaltet werden, wobei innerhalb jedes der ß Systeme die Abtastwerte der ineinandergeschachelten Impulsantworten nur die Werte 0 und + 1 annehmen, daß die Ausgangssignale der ß parallelen Systeme zur Erzielung beliebiger in ß-Bit quantisierten.

   Jmpulsantworten mittels Dämpfungsglieder (7) binär gewichtet und danach mit einem Summierer (3) addiert werden, daß nach diesem Summierer ein gesteuerter Schalter (4) zur Trennung der c Ausgangssignale vorgesehen ist und daß die die Impulsantworten darstellenden Bitmuster der zentralen Generatoren variiert werden können.
2. 2. Signalverarbeitungssystem nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k c n n z e i c h n e t , daß pro Ausgangrleitung ein Tiefpaß (5) und ggf. zur Störabstandsverbesserung ein Haltekreis eingeschaltet ist, der jeden Abtastwert des Ausgangssignals verlängert, bzw. maximal bis zum Eintreffen des nächsten Abtastwertes festhält.