RU2256934C1 - Способ спектрально-временной трансформации сигналов - Google Patents
Способ спектрально-временной трансформации сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2256934C1 RU2256934C1 RU2004106250/09A RU2004106250A RU2256934C1 RU 2256934 C1 RU2256934 C1 RU 2256934C1 RU 2004106250/09 A RU2004106250/09 A RU 2004106250/09A RU 2004106250 A RU2004106250 A RU 2004106250A RU 2256934 C1 RU2256934 C1 RU 2256934C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency spectrum
- frequency
- converted
- spectrum
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиолокации и системах обработки сигналов различного вида. Технический результат состоит в упрощении системы обработки сигналов и обеспечении трансформации сигналов любой формы путем их сжатия или расширения в произвольное число раз. Для этого сигнал U1 преобразуют из аналоговой формы в цифровую, преобразуют полученный цифровой сигнал из временной области в частотную, формируя его частотный спектр S1, преобразуют полученный частотный спектр S1 в частотный спектр S2 умножением каждой составляющей спектра S1 на коэффициент трансформации N-константу, значение которой выбирают исходя из обеспечения необходимой длительности выходного сигнала, масштабируют частотный спектр S2 делением амплитуды каждой его составляющей на коэффициент сжатия N, формируя этим отмасштабированный частотный спектр S2M, преобразуют отмасштабированный частотный спектр S2M из частотной области во временную, формируя этим цифровой сигнал, который затем преобразуют из цифровой формы в аналоговую с отличными от исходного сигнала параметрами. 3 ил.
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться, в частности, в радиолокации, радиосвязи и системах обработки сигналов различного вида.
Улучшение показателей обнаружения, разрешающей способности радиолокационных систем (РЛС) по дальности, угловым координатам, повышение темпа передачи сигналов в бортовых вычислительных машинах и др. является устойчивой тенденций их развития. Для решения перечисленных выше задач в РЛС используются различного рода преобразования сигналов, в связи с чем достаточно актуальна задача разработки способов преобразования сигналов, которые вносят минимум ошибок и снижают требования к полосе пропускания различных устройств РЛС.
Известны способы преобразования сложных сигналов, основанные на сжатии принимаемых сигналов в процессе их первичной обработки: патент RU 2144261 С1, 10.01.2000; патент US 5414728 А, 09.05.1995; патент JP 07046157 А, 14.02.1995; патент US 5048059 А, 10.09.1991; патент US 4484335, 20.11.1984; патент SU 473308 А, 05.06.1975.
Общий недостаток упомянутых способов связан с тем, что системы оптимальной обработки сигналов, использующие перечисленные способы, достаточно сложны и являются сугубо индивидуальными, адаптированными под конкретный вид используемого сигнала. В условиях различного рода искажений, имеющих место во время распространения радиоволн, системы, в которых реализованы перечисленные способы преобразования сигналов, перестают быть оптимальными, что приводит к существенным искажениям сигналов и, как следствие, к резкому уменьшению дальности действия таких систем и ухудшению их разрешающей способности [А.И.Канащенков, В.И.Меркулов, О.Ф.Самарин. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. - М.: ИПРЖР, 2002, стр.21-23].
Из известных технических решений наиболее близким (прототипом) является способ сжатия ширины спектра информационных электрических сигналов с ограниченной полосой частот [патент RU №2192708, С2, 10.27.2000;], в котором исходные непрерывные сигналы дискретизируют по времени, искусственно увеличивают тактовые интервалы между дискретными отсчетами и формируют непрерывные сигналы с соответственно более узкой полосой частот, при этом период следования дискретных отсчетов увеличивают быстрым свертыванием отсчетов каждой группы, на которые предварительно разделяют всю последовательность отсчетов, в один эквивалентный групповой отсчет-импульс, величины амплитуды и полярность которого в совокупности взаимно однозначно отображают аналогичные параметры исходных импульсов-отсчетов соответствующей группы.
Недостаток рассмотренного способа сжатия сигналов, как и у упомянутых выше, связан с тем, что системы оптимальной обработки таких сигналов, в которых реализуется данный способ, достаточно сложны и являются сугубо индивидуальными, адаптированными под конкретный вид сигнала.
Таким образом, задачей изобретения является упрощение системы обработки сигналов и обеспечение трансформации сигналов любой формы путем их сжатия или расширения в произвольное число раз при минимальных искажениях в процессе их обработки.
Для облегчения понимания средства достижения поставленной задачи, поясним физические принципы, положенные в основу заявляемого способа спектрально-временной трансформации сигналов. Заявленный способ основан на преобразовании сигнала из временной области в частотную и трансформации спектра с последующим его сжатием во временной области. Он базируется на свойстве преобразования Фурье над импульсными сигналами u1 и u2, связанных во временной области зависимостью
где: N=τи1/τи2 - коэффициент трансформации; τи1 и τи2 - длительности импульсов сигналов u1 и u2, соответственно; t - время.
Пример двух последовательностей прямоугольных импульсов, связанных зависимостью (1) при N=0,5, приведен на фиг.1, где символами ТП1 и ТП2 обозначены периоды повторения соответствующих последовательностей импульсов, а символами τи1 и τи2 - длительности импульсов.
Известно, что частотные спектры сигналов, связанных во временной области зависимостью (1), в частотной области связаны соотношением [Денисенко А.Н., Стеценко О.А. Теоретическая радиотехника. Справочное пособие. Ч.1. - М.: Издательство стандартов, 1993, стр.43]
где: S1(j2πf) и S2(j2πf) - частотные спектры сигналов u1(t) и u2(t), соответственно; f - частота; j - мнимая единица.
Эпюры частотных спектров S1 и S2 приведены на фиг.2, где символами Fп1=1/Tп1 и Fп2=1/Tп2 обозначены частоты повторения соответствующих импульсных последовательностей.
Эта связь сигналов во временной и частотной областях и положена в основу предлагаемого способа спектрально-временной трансформации сигналов.
Итак, согласно заявленному способу, над сигналом u1 выполняют следующие действия:
- преобразуют его из аналоговой формы в цифровую u1ц(k), где k - дискретные отсчеты времени;
- преобразуют полученный цифровой сигнал u1ц(k) из временной области в частотную, формируя его частотный спектр S1. Рассматриваемый способ спектрально-временной трансформации сигналов не накладывает ограничений на способ преобразования сигнала из временной области в частотную: он может быть любым, например, с помощью дискретного преобразования Фурье [С.З.Кузьмин. Цифровая радиолокация. - Киев: Издательство КВiЦ, 2000, стр.102],
где: 
- дискретные отсчеты времени; М - максимальное число дискретных отсчетов сигнала u1ц(k), используемое при преобразовании; черта над символами означает, что переменная k принимает целые значения от 0 до М с шагом 1; i - номер спектральной составляющей частотного спектра S1;
- преобразуют полученный частотный спектр S1 в частотный спектр S2 умножением каждой i-ой составляющей частотного спектра S1 на коэффициент сжатия N - коэффициент трансформации, значение которого выбирают исходя из обеспечения требуемой длительности преобразованного сигнала;
- масштабируют частотный спектр S2 делением амплитуды каждой i-ой его составляющей на коэффициент трансформации N, формируя этим отмасштабированный частотный спектр S2м;
- преобразуют отмасштабированный частотный спектр S2М из частотной области во временную, формируя этим сигнал u2ц. Рассматриваемый способ спектрально-временной трансформации сигналов не накладывает ограничений на способ преобразования сигнала из частотной области во временную: он может быть любым, например, с помощью обратного дискретного преобразования Фурье [С.З.Кузьмин, Цифровая радиолокация. - Киев: Издательство КВiЦ, 2000, стр.103],
- преобразуют сигнал u2ц из цифровой формы в аналоговую u2 с отличными от сигнала u1 характеристиками.
На фиг.1 приведены эпюры двух импульсных сигналов u1 и u2. На фиг.1 а изображен сигнал u1 во временной области со следующими характеристиками: длительность импульса - τи1, период повторения импульсов - Tп1. На фиг.1 б - сигнал u2, с длительностью импульса - τи2 и периодом повторения импульсов - Тп2.
На фиг.2 приведены эпюры амплитудно-частотных спектров сигналов u1 и u2, где обозначено: U - амплитуда; Fп1=1/Tп1 - частота повторения импульсов сигнала u1; τи1 - длительность импульса сигнала u1; f - частота; Fп2=1/Tп2 - частота повторения импульсов сигнала u2; τи2 - длительность импульса сигнала u2.
На фиг.3 изображена структурная схема устройства спектрально-временной трансформации сигналов, в котором может быть реализован заявленный способ, где:
1 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
2 - первый преобразователь;
3 - второй преобразователь;
4 - вычислитель;
5 - третий преобразователь;
6 - цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Функционально устройство спектрально-временной трансформации сигналов состоит из последовательно соединенных АЦП 1, на вход которого подают преобразуемый сигнал u1, первого преобразователя 2, второго преобразователя 3, вычислителя 4, третьего преобразователя 5 и ЦАП 6, с выхода которого снимают трансформированный сигнал u2.
Заявленная в предлагаемом способе последовательность действий и условия их проведения подтверждается динамикой работы приведенного устройства спектрально-временной трансформации сигналов, в котором реализован заявленный способ. Структура данного устройства не зависит от формы обрабатываемого им сигнала, поэтому, для конкретности, рассмотрим его функционирование при условии, что сигнал u1(t), подаваемый на вход АЦП, представляет собой последовательность видеоимпульсов прямоугольной формы с длительностью τи1 и периодом повторения импульсов Tп1 (см. фиг.1а).
Сигнал u1(t) подают на вход АЦП 1, который преобразует его из аналогового вида в цифровой u1ц(k). Сигнал u1ц(k) с выхода АЦП 1 поступает в первый преобразователь 2.
Первый преобразователь 2, реализованный в цифровой вычислительной машине, по формуле (3) преобразует сигнал u1ц(k) из временной области в частотную, формируя его частотный спектр S1 (см. фиг.2а), представляющий собой набор пар чисел, первое из которых соответствует частотной составляющей сигнала, а второе - амплитудной.
Частотный спектр S1 с выхода первого преобразователя 2 поступает на вход второго преобразователя 3, реализованного в цифровой вычислительной машине, который формирует частотный спектр S2 умножением каждой i-ой составляющей частотного спектра S1 на коэффициент трансформации N, значение которого задано исходя из обеспечения требуемой длительности преобразованного сигнала u2.
Частотный спектр S2 с выхода второго преобразователя 3 поступает на вход вычислителя 4, реализованного в цифровой вычислительной машине, который его масштабирует делением амплитуды каждой i-ой составляющей частотного спектра S2 на коэффициент трансформации N, формируя этим отмасштабированный частотный спектр S2м.
Отмасштабированный частотный спектр S2 с выхода второго преобразователя 3 поступает на вход третьего преобразователя 5, реализованного в цифровой вычислительной машине, который по формуле (4) преобразует его из частотной области во временную, формируя этим сигнал u2ц.
Сигнал u1ц с выхода третьего преобразователя 5 поступает на вход ЦАП 6, который преобразует его из цифрового вида в аналоговый u2, формируя этим сигнал с отличными от исходного сигнала u1 характеристиками.
Таким образом, использование изобретения обеспечит трансформацию (сжатие или расширение) сигналов любой формы в произвольное количество раз, сведя к минимуму искажения при их обработке. Это обусловлено тем, что форма обрабатываемого сигнала может быть любой, что позволит использовать в системах обработки сигналов устройства, полоса пропускания которых будет минимальной и всегда согласованной с шириной спектра обрабатываемого сигнала.
Данный способ достаточно универсален и может быть использован, например, в любой РЛС без изменения ее структуры, поскольку для согласования ширины спектра принимаемого сигнала и полосы пропускания различных устройств РЛС достаточно задать только значение коэффициента сжатия.
К принципам построения и алгоритмам функционирования АЦП, преобразователей и вычислителя заявленный способ не предъявляет никаких особых требований: в качестве указанных устройств могут быть использованы любые из существующих в настоящее время. Преобразователи и вычислитель могут быть реализованы в вычислительной машине любого назначения. Все сказанное подтверждает практическую применимость заявленного способа.
Claims (1)
- Способ спектрально-временной трансформации сигналов, основанный на сжатии ширины спектра сигналов, отличающийся тем, что сигнал u1 преобразуют из аналоговой формы в цифровую, преобразуют полученный цифровой сигнал из временной области в частотную, формируя его частотный спектр S1, преобразуют полученный частотный спектр S1 в частотный спектр S2 умножением каждой составляющей спектра S1 на коэффициент трансформации N-константу, значение которой выбирают исходя из обеспечения необходимой длительности выходного сигнала, масштабируют частотный спектр S2 делением амплитуды каждой его составляющей на коэффициент трансформации N, формируя этим отмасштабированный частотный спектр S2M; преобразуют отмасштабированный частотный спектр S2M из частотной области во временную, формируя этим цифровой сигнал, который затем преобразуют из цифровой формы в аналоговую с отличными от исходного сигнала параметрами.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106250/09A RU2256934C1 (ru) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Способ спектрально-временной трансформации сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004106250/09A RU2256934C1 (ru) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Способ спектрально-временной трансформации сигналов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2256934C1 true RU2256934C1 (ru) | 2005-07-20 |
Family
ID=35842668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004106250/09A RU2256934C1 (ru) | 2004-03-04 | 2004-03-04 | Способ спектрально-временной трансформации сигналов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2256934C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8605571B2 (en) | 2008-09-22 | 2013-12-10 | Panasonic Corporation | Radio communication device and signal division method |
| CN104793197A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-22 | 北京航空航天大学 | 基于ifft频谱相除法和梯度自适应格型滤波的直达波抑制方法 |
-
2004
- 2004-03-04 RU RU2004106250/09A patent/RU2256934C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11575552B2 (en) | 2008-09-22 | 2023-02-07 | Sun Patent Trust | Communication apparatus and method for discrete fourier transforming a time signal to a frequency signal |
| RU2516457C2 (ru) * | 2008-09-22 | 2014-05-20 | Панасоник Корпорэйшн | Устройство радиосвязи и способ разделения сигналов |
| US9042213B2 (en) | 2008-09-22 | 2015-05-26 | Panasonic Intellectual Property Corporation Of America | Communication apparatus and a communication method for combining signals mapped on a plurality of frequency bands and transforming the combined signal into a symbol in a time domain |
| US8605571B2 (en) | 2008-09-22 | 2013-12-10 | Panasonic Corporation | Radio communication device and signal division method |
| US9258075B2 (en) | 2008-09-22 | 2016-02-09 | Panasonic Intellectual Property Corporation Of America | Communication apparatus and communication method for discrete-fourier-transforming a time domain symbol to a frequency domain signal and mapping the transformed signal on frequency bands |
| US9516648B2 (en) | 2008-09-22 | 2016-12-06 | Sun Patent Trust | Communication apparatus and communication method for inverse discrete-fourier-transforming a frequency domain signal into a time domain symbol sequence |
| US11929858B2 (en) | 2008-09-22 | 2024-03-12 | Sun Patent Trust | Integrated circuit for Discrete Fourier Transforming a time signal to a frequency signal |
| US9775155B2 (en) | 2008-09-22 | 2017-09-26 | Sun Patent Trust | Integrated circuit that transforms a symbol in a time domain into a signal in a frequency domain |
| US10028281B2 (en) | 2008-09-22 | 2018-07-17 | Sun Patent Trust | Integrated circuit for inverse discrete fourier transforming a frequency domain signal to a time domain symbol sequence |
| US10484994B2 (en) | 2008-09-22 | 2019-11-19 | Sun Patent Trust | Apparatus and method for transforming a signal in a frequency domain to a sequence in a time domain |
| US10743315B2 (en) | 2008-09-22 | 2020-08-11 | Sun Patent Trust | Communication system for transforming signals between time domain and frequency domain using a defined discrete fourier transform size |
| US11013004B2 (en) | 2008-09-22 | 2021-05-18 | Sun Patent Trust | Communication apparatus and method for Discrete Fourier Transforming a time signal to a frequency signal |
| CN104793197A (zh) * | 2015-04-29 | 2015-07-22 | 北京航空航天大学 | 基于ifft频谱相除法和梯度自适应格型滤波的直达波抑制方法 |
| CN104793197B (zh) * | 2015-04-29 | 2017-04-26 | 北京航空航天大学 | 基于ifft频谱相除法和梯度自适应格型滤波的直达波抑制方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Baransky et al. | Sub-Nyquist radar prototype: Hardware and algorithm | |
| EP3144701B1 (en) | Method and device for generating non-linear frequency modulation signal | |
| Eldar | Compressed sensing of analog signals in shift-invariant spaces | |
| US20200011911A1 (en) | High-precision frequency measuring system and method | |
| US3987285A (en) | Digital matched filtering using a step transform process | |
| CN108988928B (zh) | 一种在频域进行双通道单脉冲角误差检测的方法 | |
| EP2797226B1 (en) | Signal playback device and signal playback method | |
| US10211856B1 (en) | Hardware scalable channelizer utilizing a neuromorphic approach | |
| TW201427347A (zh) | 稀疏寬頻訊號低複雜度次奈奎斯特取樣裝置 | |
| CN112526458B (zh) | 一种基于提取参数分数时延的宽带nlfm发射波束形成方法 | |
| JP2018031655A (ja) | 模擬目標発生装置及び方法 | |
| Kim et al. | Multi-channel sparse data conversion with a single analog-to-digital converter | |
| RU2256934C1 (ru) | Способ спектрально-временной трансформации сигналов | |
| Orduyılmaz et al. | Real-time pulse compression radar waveform generation and digital matched filtering | |
| RU2435168C1 (ru) | Способ гармонического анализа периодического многочастотного сигнала | |
| US20110022650A1 (en) | Digital optimal filter for periodically alternating signals | |
| Hou et al. | Compressed sensing digital receiver and orthogonal reconstructing algorithm for wideband ISAR radar | |
| CN108919202B (zh) | 一种基于认知机制的非均匀动态滤波器组的构建方法 | |
| JP3672847B2 (ja) | レーダ装置及びコヒーレント積分方法 | |
| CN108696464B (zh) | 一种iq与4通道tiadc联合失真盲估计与修正方法 | |
| US20230078775A1 (en) | Frequency modulated continuous wave radar device and signal processing method thereof | |
| CN114966564A (zh) | 一种宽带线性调频信号多通道并行去斜方法 | |
| CN106772288A (zh) | 一种步进频雷达目标回波模拟方法 | |
| Zhang et al. | The design of digital down converter based on FPGA | |
| Shehata et al. | Design and implementation of lfmcw radar signal processor for slowly moving target detection using fpga |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090305 |