RU2016493C1 - Matched filter - Google Patents
Matched filter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2016493C1 RU2016493C1 SU4948124A RU2016493C1 RU 2016493 C1 RU2016493 C1 RU 2016493C1 SU 4948124 A SU4948124 A SU 4948124A RU 2016493 C1 RU2016493 C1 RU 2016493C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixer
- signal
- output
- input
- noise
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в обнаружителях сигналов лазерных когерентных локаторов с непрерывным режимом излучения и обзором по угловым координатам. The invention relates to radio engineering and can be used in signal detectors of laser coherent locators with a continuous radiation mode and a survey in angular coordinates.
В радио- и оптической локации широкое применение нашли широкополосные сигналы для повышения обнаружительной способности и разрешающей способности локаторов. Сжатие таких сигналов осуществляют в согласованных фильтрах, максимизирующих отношение сигнал/шум на их выходе. В качестве важного компонента такого согласованного фильтра используют дисперсионные линии задержки (ДЛЗ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ). In radio and optical locations, broadband signals have been widely used to increase the detectability and resolution of locators. Such signals are compressed in matched filters that maximize the signal-to-noise ratio at their output. As an important component of such a matched filter, dispersion delay lines (DLS) on surface acoustic waves (SAWs) are used.
Наиболее близким техническим решением является анализатор с ДЛЗ на ПАВ, осуществляющий спектровременное сжатие широкополосного сигнала локатора, который содержит последовательно включенные полосовой фильтр, смеситель и ДЛЗ, а также линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) гетеродин, включенный к второму входу смесителя. В таком анализаторе полосовой фильтр является существенно широкополосным в силу широкополосности самого обрабатываемого сигнала, что снижает возможности увеличения отношения сигнал/шум на выходе ДЛЗ в случае приема квазимонохроматических радиоимпульсных сигналов лазерных когерентных локаторов с непрерывным излучением и обзором по угловым координатам. Недостатком этого устройства также является его сложность. The closest technical solution is an analyzer with a DLW to a SAW, performing spectral-time compression of the broadband signal of the locator, which contains a series-pass bandpass filter, mixer and DLZ, as well as a linear frequency-modulated (LFM) local oscillator connected to the second input of the mixer. In such an analyzer, a band-pass filter is substantially broadband due to the broadband of the signal being processed, which reduces the possibility of increasing the signal-to-noise ratio at the output of the DLP in the case of receiving quasi-monochromatic radio-pulse signals from laser coherent radars with a continuous view and viewing along angular coordinates. The disadvantage of this device is its complexity.
Целью изобретения является упрощение фильтра. The aim of the invention is to simplify the filter.
Согласованный фильтр содержит последовательно соединенные полосовой фильтр, смеситель и ДЛЗ, а также ЛЧМ-гетеродин, поключенный к второму входу смесителя, и отличается введением в него компенсирующего усилителя и линии задержки на ПАВ, выходной электрод которой выполнен в виде согласованной с несущей частотой входного радиоимпульса монопериодической и непрерывной структуры с продольной длиной вдоль вектора распространения ПАВ, равно lвых= Nv τn, где N - число, много большее единицы; v - скорость распространения ПАВ; τn - длительность входного радиоимпульса, причем выходной электрод соединен с входом полосового фильтра через компенсирующий усилитель, а полоса пропускания Δ f полосового фильтра соответствует условию τ f≈1/N τn.The matched filter contains a series-connected bandpass filter, mixer and DLZ, as well as an LFM oscillator connected to the second input of the mixer, and is distinguished by the introduction of a compensating amplifier and a delay line to the SAW, the output electrode of which is made in the form of a monoperiodic input pulse matching the carrier frequency and a continuous structure with a longitudinal length along the SAW propagation vector is equal to l o = Nv τ n , where N is a number much larger than unity; v is the propagation velocity of the surfactant; τ n is the duration of the input radio pulse, and the output electrode is connected to the input of the bandpass filter through a compensating amplifier, and the passband Δ f of the bandpass filter corresponds to the condition τ f≈1 / N τ n .
Упрощение фильтра достигнуто путем когерентного накопления сигнала в монопериодической структуре выходного электрода линии задержки (ЛЗ) с последующей узкополосной фильтрацией расширенного до длительности в N раз радиоимпульсного сигнала и усиления смеси сигнала и шума перед смесителем до такого уровня, при котором собственный широкополосный шум смесителя можно не учитывать при оценке результирующего отношения сигнал/шум на выходе ДЛЗ. Filter simplification was achieved by coherent signal accumulation in the monoperiodic structure of the output electrode of the delay line (LH), followed by narrow-band filtering of the radio pulse signal expanded to a duration of N times and amplification of the signal-noise mixture in front of the mixer to such a level that the own wide-band noise of the mixer can be ignored when evaluating the resulting signal-to-noise ratio at the output of the DLZ.
На чертеже представлена схема согласованного фильтра. The drawing shows a diagram of a matched filter.
Фильтр содержит последовательно соединенные ЛЗ 1 с входным 2 и выходным 3 электродами, компенсирующий усилитель 4, полосовой фильтр 5, смеситель 6, снабженный ЛЧМ-гетеродином 7, и ДЛЗ 8. The filter contains series-connected
Входной радиоимпульс длительностью τn воздействует на входной электрод 2 ЛЗ 1, возбуждая в звукопроводе последней, выполненном из пьезоэлектрика, ПАВ в форме волнового цуга с продольным размером v τnвдоль вектора распространения ПАВ в звукопроводе ЛЗ. По мере движения этого цуга волн в пространстве выходного электрода 3 в его элементах возбуждаются ЭДС на частоте несущих колебаний входного радиоимпульса. В силу непрерывности и монопериодичности структуры выходного электрода 3 ЛЗ парциальные колебания, возбуждаемые локально в различных участках этого электрода, когерентно складываются во времени между собой, если выполняется условие согласования монопериодической структуры с частотой несущих колебаний входного радиоимпульса, в частности, когда расстояние между смежными штырями монопериодической структуры выходного электрода 3 равно половине длины волны несущего колебания входного радиоимпульса либо целочисленно-кратно ей для соответствующего ПАВ в звукопроводе ЛЗ 1. В результате такого накопления растет не амплитуда выходного радиоимпульса, а его длительность, т.е. имеет место спектровременное преобразование входного сигнала. В результате такого преобразования длительность выходного радиоимпульса, поступающего через компенсирующий усилитель 4 на вход полосового фильтра 5, когерентно расширяется в N раз, где N= τ*/τn, τ* - время длительного взаимодействия волнового цуга с выходным электродом 3 ЛЗ 1, определяемое длиной последнего lвых=v τ*.An input radio pulse of duration τ n acts on the
N-кратное расширение длительности радиоимпульса позволяет сузить в N раз полосу пропускания во входной цепи смесителя 6 путем выбора полосы пропускания Δ f в полосовом фильтре 5, равной (соизмеримой) обратной величине длительности радиоимпульса, образующегося на выходе ЛЗ 1, т.е. Δ f≈1/N τn. При этом отсутствует потеря энергии полезного сигнала, участвующего в процессе его сжатия во времени на основе ДЛЗ 8. С другой стороны, N-кратное сужение полосы пропускания в полосовом фильтре 5 обеспечивает инвариантность дисперсии шума на выходе полосового фильтра 5 по отношению к изменению времени взаимодействия волнового цуга в пространстве выходного электрода 3 ЛЗ, дисперсия шума на выходе которого при этом N-кратно возрастает в процессе N-кратного расширения радиоимпульса по длительности на выходе ЛЗ 1. В силу свойства инвариантности для дисперсии шума на выходе полосового фильтра 5, согласованного с длительностью расширенного когерентно радиоимпульса по вышеуказанному условию, стало возможным существенно увеличивать число N (кратность накопления энергии полезного сигнала) за счет увеличения длины выходного электрода 3 в ЛЗ 1, ограничение на величину которой определяется практически технологическими возможностями изготовления ЛЗ. Другим существенным ограничением числа N является фактор монохроматичности входного радиоимпульса, определяемый стабильностью частоты излучения лазерного передатчика локатора (дисперсией Аллана).N-fold extension of the duration of the radio pulse allows you to narrow the N bandwidth in the input circuit of the mixer 6 by choosing the bandwidth Δ f in the
В компенсирующем усилителе 4 смесь сигнала и шума линейно усиливается до уровня, при котором дисперсия узкополосного шума на выходе полосового фильтра 5 оказывается существенно большей дисперсии собственного шума широкополосного тракта смесителя 6. Широкополосность тракта по цепи "смеситель-ДЛЗ" определяется рабочей полосой ДЛЗ Δ FЛЗ, которая на несколько порядков может быть больше полосы пропускания в полосовом фильтре 5, поэтому коэффициент усиления в компенсирующем усилителе 4 должен выбираться по условию
k > , где Gсм - спектральная полость мощности шума смесителя 6 (обычно =3 ... 5). При выполнении этого условия собственным широкополосным шумом смесителя в полосе ДЛЗ 8 Δ FЛЗ можно пренебречь, и дисперсия шума на выходе ДЛЗ III останется почти такой же, как и на выходе полосового фильтра 5 (при условии, что коэффициент передачи в тракте "смеситель - ДЛЗ" равен единице, что требует, естественно, применения усилителя после ДЛЗ 8. В то же самое время полезный радиоимпульс длительностью τ*= N τnпосле его ЛЧМ-преобразования в смесителе 6 с ЛЧМ-колебанием гетеродина 7 будет сжат во времени с помощью ДЛЗ 8 в базу раз B= Δ FЛЗ τЛЗ, где τЛЗ- длительность импульсной характеристики ДЛЗ 8, которая выбирается из условия соизмеримости с длительностью когерентно расширенного во времени входного радиоимпульса (τЛЗ≈τ*). В силу закона сохранения энергии такое временное сжатие выходного радиоимпульса на выходе ДЛЗ 8 приведет к -кратному увеличению амплитуды напряжения сжатого радиоимпульса (корреляционного пика) по сравнению с напряжением сигнала на выходе полосового фильтра 5 (также в предположении единичного коэффициента передачи в тракте "смеситель - ДЛЗ", как это имело место при рассмотрении величины дисперсии шума на выходе ДЛЗ 8).In the compensating
k> where G cm is the spectral cavity of the noise power of the mixer 6 (usually = 3 ... 5). When this condition is met, the intrinsic broadband noise of the mixer in the
В связи с тем, что отношение сигнал/шум на выходе полосового фильтра 5 не изменилось по отношению к исходному значению μo благодаря свойству инвариантности дисперсии шума на выходе полосового фильтра 5 по отношению к изменению числа N, т.е. по отношению к изменению длины выходного электрода 3 ЛЗ 1 при соблюдении условия выбора ширины полосы в полосовом фильтре Δ f ≈ 1/N τn, а работа широкополосного тракта (в полосе Δ FЛЗ) "смеситель - ДЛЗ" осуществляется практически без учета собственного шума смесителя за счет рационального выбора коэффициента усиления в компенсирующем усилителе 4, то нетрудно понять, что отношение сигнал/шум на выходе ДЛЗ 8 будет существенно увеличено (в B раз) по сравнению с максимально возможным значением μo, которое достигается на выходе известных оптимальных (согласованных) фильтров с учетом равномерного по спектру гауссовского шума на входе таких фильтров, т.е. на выходе ДЛЗ 8 отношение сигнал/шум μ* станет равным μ*=В μo. Это определяет конкретную пользу от применения предлагаемого фильтра.Due to the fact that the signal-to-noise ratio at the output of the
П р и м е р. ЛЗ 1 работает на центральной частоте 60 МГц с переходным затуханием 80 дБ в полосе частот 10 МГц с длительностью взаимодействия волнового цуга ПАВ с выходным ее электродом τ*=85 мкс. На входной электрод 2 ЛЗ 1 воздействует радиоимпульс длительностью τn=100 нс и с несущей частотой 60 МГц, согласованной с монопериодической структурой выходного электрода ЛЗ1 с учетом скорости распространения ПАВ в звукопроводе ЛЗ (в пьезокварца V=3,16 мм/мкс). При этом кратность уширения N длительности радиоимпульса на выходе ЛЗ будет равна N=850. В качестве ДЛЗ 8 используем стандартную ДЛЗ типа ЖГЗ. 836.022 в режиме третьей гармоники с параметрами: Δ FЛЗ=120 МГц; τЛЗ=40 мкс и центральной частотой полосы прозрачности в 180 МГц. Переходное затухание в такой ДЛЗ в режиме третьей гармоники будет порядка -80 дБ. При использовании ЛЧМ-гетеродина 7 с центральной частотой ЛЧМ-импульсов гетеродинирования в 240 МГц, длительностью импульсов 80 мкс и полосой перестройки по линейному закону в пределах от 360 до 120 Мгц получаем достаточную избыточность во времени ЛЧМ-сканинге в ЛЧМ-гетеродине 7, обусловленную неопределенностью момента приема локатором входного радиоимпульса, отраженного от объекта локации, и при этом получаем ЛЧМ-эквивалент когерентно расширенного по длительности радиоимпульса на выходе смесителя 6 с частотой перестройкой его в зависимости от момента приема входного радиоимпульса в частотных границах от 300 до 60 МГц во времени 80 мкс. Однако, поскольку длительность импульсной характеристики ДЛЗ 8 выбрана равной 40 мкс, т.е. меньше приблизительно вдвое длительности когерентно расширенного по длительности радиоимпульса на выходе полосового фильтра 5 (85 мкс), то не вся его энергия будет обрабатываться в процессе спектровременного сжатия в ДЛЗ 8 (а только длительность в 40 мкс). Тем не менее расширение длительности радиоимпульса на выходе полосового фильтра 5 до 85 мкс (избыточное по сравнению с длительностью импульсной характеристики ДЛЗ 8 в 40 мкс) оказывается полезным, поскольку расширяет диапазон неопределенности приема входного радиоимпульса по времени относительно синхроимпульса запуска ЛЧМ-гетеродина 7 до величины ± 22,5 мкс, т.е. расширяет глубину диапазона дальностей до объектов локации (в данном примере до 6,75 км, например, от 2,25 до 8 км). Коэффициент временного сжатия в ДЛЗ 8 без аподизации составляет B=120 МГц х 40 мкс= 4800. Если спектральная плотность мощности на входе приемника локатора равна G= 2˙10-19 Вт/Гц в полосе шума 10 МГц, дисперсия шума на входе составляет 10-12 Вт, и эта величина задает порог чувствительности обнаружителя (при отношении сигнал/шум на входе решающего устройства, равном единице). Это означает, что если для обеспечения в локаторе требуемой вероятности обнаружения сигнала необходимо, например, иметь отношение сигнал/шум на выходе ДЛЗ 8 равным =12, то с учетом сжатия в ДЛЗ 8 (4700) минимальная мощность обнаруживаемого сигнала, воздействующего на фотоприемное устройство локатора, равна 3˙10-14 Вт. При спектральной плотности мощности шума в смесителе 6 около 3˙10-18 ВТ/Гц в рабочей полосе ДЛЗ 8 в 120 МГц дисперсия шума на входе смесителя имеет порядок 3,6˙10-10 Вт. Для пренебрежения этой дисперсией собственного широкополосного шума смесителя при оценке шума на выходе ДЛЗ 8 величина коэффициента усиления в компенсирующем усилителе 4 должна быть существенно больше, чем 380, например, около 60 дБ. С учетом потерь сигнала в в ЛЗ 1 (80 дБ) и в полосовом фильтре 5 (до 10 дБ) полное усиление в усилительном тракте от входа до смесителя должно быть не менее 150 дБ в узкой полосе частот порядка 12 кГц на средней частоте 60 МГц. Полоса пропускания тракта формируется в полосовом фильтре 5 и равна 12 кГц применительно к выражению Δ f≈1/N τn при заданной конструкции ЛЗ 1. Такой полосовой фильтр легко выполняется в виде интегральной пьезокерамической конструкции на ниобатe лития. Перестройка частоты в ЛЧМ-гетеродина 7 по линейному закону в диапазоне 360 ... 120 МГц за 80 мкс осуществляется по схеме частотно-фазовой автоподстройки на основе делителя с переменным коэффициентом деления частоты СВЧ-генератора в диапазоне 1860 ... 1620 МГц с последующим переносом СВЧ-колебания к заданному диапазону гетеродинированием.PRI me R. LZ 1 operates at a central frequency of 60 MHz with a transitional attenuation of 80 dB in the frequency band of 10 MHz with a duration of interaction of the SAW wave train with its output electrode τ * = 85 μs. An
Предлагаемое изобретение может найти применение также в анализаторах спектра высокой чувствительности, в измерительной технике, системах передачи информации, в сверхдальней космической связи и управлении лазерным излучением. The present invention can also be used in analyzers of a high sensitivity spectrum, in measuring equipment, information transmission systems, in ultra-long-distance space communications and laser radiation control.
Claims (1)
lвых = N τнV ,
где τн - длительность входного радиоимпульса;
N - целое число >> 1;
V - скорость распространения поверхностной ультразвуковой волны,
причем выходной электрод соединен с входом полосового фильтра через компенсирующий усилитель, а полоса пропускания Δ f полосового фильтра соответствует условию Δ f = 1 / N τн AGREED FILTER containing a series-connected bandpass filter, mixer and dispersion delay line, as well as a linear-frequency-modulated local oscillator connected to the second input of the mixer, characterized in that, in order to simplify the device, series-connected compensating amplifier and an ultrasonic line are introduced into it delays on surface waves, the output electrode of which is made in the form of a monoperiodic and continuous structure with a longitudinal length along the propagation vector of ultrasound Vågå wave train is equal to
l o = N τ n V,
where τ n - the duration of the input radio pulse;
N is an integer >>1;
V is the propagation velocity of the surface ultrasonic wave,
moreover, the output electrode is connected to the input of the bandpass filter through a compensating amplifier, and the passband Δ f of the bandpass filter corresponds to the condition Δ f = 1 / N τ n
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4948124 RU2016493C1 (en) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | Matched filter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4948124 RU2016493C1 (en) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | Matched filter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016493C1 true RU2016493C1 (en) | 1994-07-15 |
Family
ID=21580682
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4948124 RU2016493C1 (en) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | Matched filter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2016493C1 (en) |
-
1991
- 1991-06-24 RU SU4948124 patent/RU2016493C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Каринский С.С. Устройства обработки сигналов на ультразвуковых поверхностных волнах. М.: Сов.радио, 1975. * |
Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. М.: Сов.радио, 1974, с.172. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6646587B2 (en) | Doppler radar apparatus | |
US6414627B1 (en) | Homodyne swept-range radar | |
US4666295A (en) | Linear FM chirp laser | |
EP1055941B1 (en) | Coherent laser radar apparatus and radar/optical communication system | |
JP2002243849A (en) | Process and system for measuring distance of moving body from fixed part | |
US4624142A (en) | Double reference pulsed phase locked loop | |
US6597309B1 (en) | Microwave pulse generator and pulse-echo ranging system | |
US4662741A (en) | Linear FM chirp laser | |
RU2016493C1 (en) | Matched filter | |
RU2310882C1 (en) | Radio-impulse signal detector | |
EP0507805B1 (en) | Optical time domain relfectometer | |
Arthur | Modern SAW-based pulse compression systems for radar applications. Part 1: SAW matched filters | |
JPS6136190B2 (en) | ||
JP3335778B2 (en) | Radar equipment | |
JPS63249071A (en) | Pulse compression circuit in searching apparatus | |
RU2046370C1 (en) | Monopulse radio signal detector | |
Wilhjelm et al. | Coherent FM Doppler system (US blood flow measurement) | |
RU2097785C1 (en) | Phase parametric sonar | |
RU2071066C1 (en) | Method for spectral analysis of signals | |
SU1195295A1 (en) | Arrangement for determining errors of non-echo chambers | |
RU2037843C1 (en) | Short range radar set | |
EP0208407A1 (en) | Laser pulse radiation sensing system and pulse envelope detectors | |
JPS60200183A (en) | Method and apparatus for removing ringing of embedded article searching apparatus | |
RU2315327C1 (en) | Device for analyzing signal spectrum | |
SU1682779A1 (en) | Method for examination of microspecimens with the aid of focused supersonic waves |