RU2685972C1 - Method and device for filtering frequency-modulated signals - Google Patents

Method and device for filtering frequency-modulated signals Download PDF

Info

Publication number
RU2685972C1
RU2685972C1 RU2017142004A RU2017142004A RU2685972C1 RU 2685972 C1 RU2685972 C1 RU 2685972C1 RU 2017142004 A RU2017142004 A RU 2017142004A RU 2017142004 A RU2017142004 A RU 2017142004A RU 2685972 C1 RU2685972 C1 RU 2685972C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
copy
spectrum
block
unit
Prior art date
Application number
RU2017142004A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Николаевич Володин
Original Assignee
Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники" filed Critical Акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт радиотехники"
Priority to RU2017142004A priority Critical patent/RU2685972C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2685972C1 publication Critical patent/RU2685972C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/16Spectrum analysis; Fourier analysis
    • G01R23/165Spectrum analysis; Fourier analysis using filters
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: data processing.
SUBSTANCE: invention relates to digital processing of signals and other industries, in which digital matched filtration (compression) of signals with intrapulse modulation can be used. Result is ensured by using a corrected copy which takes into account features of the frequency-modulated (FM) signal spectrum (Fresnel pulsations), as well as distortion originating in the receiving path.
EFFECT: high efficiency of processing real FM signals, which, as compared to conventional processing, provides the required level of side interference of compressed signals in a given range of Doppler frequencies without increasing the peak duration compared to traditional weight processing.
2 cl, 4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.

Изобретение относится к области цифровой согласованной фильтрации (сжатии) сигналов с внутриимпульсной модуляцией и может быть применено в любых отраслях техники, использующих частотно-модулированные (ЧМ) сигналы.The invention relates to the field of digital matched filtering (compression) of signals with intrapulse modulation and can be applied in all branches of technology that use frequency-modulated (FM) signals.

Уровень техникиThe level of technology

В технике широко известен способ цифровой фильтрации частотно-модулированных сигналов, осуществляющий сжатие входного сигнала в частотной области путем перемножения его спектра на спектр комплексно сопряженного сигнала (копии) с последующим преобразованием произведения во временную область.A technique of digital filtering of frequency-modulated signals is widely known in the art. It compresses an input signal in the frequency domain by multiplying its spectrum by the spectrum of a complex conjugate signal (copy) and then transforming the product into a time domain.

Известная процедура дискретной свертки ЧМ сигнала в частотной области описывается выражением (1):The known procedure of discrete convolution of the FM signal in the frequency domain is described by the expression (1):

Figure 00000001
Figure 00000001

где g(m) - дискретный сжатый сигнал, n - индекс спектра сигналов в частотной области, m-индекс сигнала во временной области (m=0,1,2…М-1), N - число отсчетов спектров сигнала Ss(n) и копии Sk(n), М - число отсчетов сигнала g(m) во временной области, Ss(n) - дискретный спектр эха, описываемый формулой (2),where g (m) is a discrete compressed signal, n is the index of the spectrum of signals in the frequency domain, m-index of the signal in the time domain (m = 0,1,2 ... M-1), N is the number of samples of the spectra of the signal Ss (n) and copies Sk (n), M is the number of samples of the signal g (m) in the time domain, Ss (n) is the discrete echo spectrum described by formula (2),

Figure 00000002
Figure 00000002

где s(m) - дискретный входной ЧМ сигнал, Sk(n) - дискретный спектр копии, вычисляемый по формуле (3),where s (m) is a discrete FM input signal, Sk (n) is a discrete copy spectrum, calculated by the formula (3),

Figure 00000003
Figure 00000003

где k(m) - дискретная копия ЧМ сигнала.where k (m) is a discrete copy of the FM signal.

Для преобразования сигналов в спектральную и временную область обычно используется быстрое преобразование Фурье (БПФ) и обратное быстрое преобразование Фурье (ОБПФ) и в этом случае М равно N.The fast Fourier transform (FFT) and the inverse fast Fourier transform (IFFT) are usually used to transform signals into the spectral and temporal domain, and in this case M is equal to N.

При согласованной фильтрации сигналы s(m) и k(m) являются комплексно сопряженными. Однако в этом случае сжатый сигнал g(m) имеет существенные боковые лепестки (БЛ). Так для линейно-частотно-модулированного сигнала (ЛЧМ) первый боковой лепесток на 13 дБ ниже пикового значения сжатого сигнала, а уровень следующих БЛ уменьшается от лепестка к лепестку приблизительно на 4 дБ, что выше требуемых значений. Для снижения уровня боковых лепестков (УБЛ) ЛЧМ сигналов применяется весовая обработка копии во временной k(m) или в частотной Sk(n) области. Использование весовой функции Хемминга для сигналов с большим коэффициентом сжатия (Ксж>100) позволяет снизить УБЛ до минус 42 дБ, при Ксж≤50 весовая обработка становится менее эффективна и УБЛ≈-(26÷30) дБ.With matched filtering, the s (m) and k (m) signals are complex conjugate. However, in this case, the compressed signal g (m) has significant side lobes (BL). So for a linear frequency-modulated signal (chirp), the first side lobe is 13 dB below the peak value of the compressed signal, and the level of the next BL decreases from lobe to lobe by about 4 dB, which is higher than the required values. To reduce the level of side lobes (LB) of the chirp signals, copy processing is applied in the time k (m) or in the frequency Sk (n) domain. The use of the Hamming weight function for signals with a high compression ratio (Ксж> 100) makes it possible to reduce UBL to minus 42 dB, with Kszh≤50, weight processing becomes less effective and UBL≈- (26 ÷ 30) dB.

В силу применяемой формулы (1) устройство цифровой фильтрации ЧМ сигналов имеет следующие недостатки:By virtue of the formula (1) used, the digital filtering system for FM signals has the following disadvantages:

- при относительно небольших коэффициентах сжатия при обработке ЧМ сигналов УБЛ становится выше ожидаемых значений;- with relatively small compression ratios when processing FM signals, UBL becomes higher than the expected values;

- при дискретизации, квантовании и фильтрации входной сигнал претерпевает искажения, что также может снизить эффективность весовой обработки.- when sampling, quantizing and filtering, the input signal undergoes distortions, which can also reduce the efficiency of weight processing.

Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в расчете копии сигнала с внутриимпульсной модуляцией, позволяющей более эффективно снижать УБЛ при сжатии сигнала, а также учитывать влияние приемного тракта (АЦП, преобразователей частоты, фильтров) на входной сигнал и его копию.The technical problem addressed by the claimed technical solution is the calculation of a copy of the signal with intrapulse modulation, which makes it possible to more effectively reduce UBL during signal compression, and also take into account the influence of the receiving path (ADC, frequency converters, filters) on the input signal and its copy.

Техническим результатом заявляемого изобретения является более эффективная обработка реальных ЧМ сигналов, обеспечивающая по сравнению с традиционной обработкой требуемый УБЛ сжатых сигналов в заданном диапазоне доплеровских частот.The technical result of the claimed invention is a more efficient processing of real FM signals, providing compared with traditional processing required UBL compressed signals in a given range of Doppler frequencies.

Заявленный технический результат обеспечивается способом фильтрации частотно-модулированных сигналов, заключающийся в том, что после дискретизации в АЦП, фильтрации и преобразования в частотную область отсчеты дискретного спектра входного ЧМ сигнала поступают на умножитель, на второй вход которого поступают отсчеты спектра скорректированной копии ЧМ сигнала, формирование которой осуществляется следующим образом: рассчитывают эталонный ЧМ сигнал во временной области с учетом преобразования в АЦП и фильтрации по аналогии с преобразованиями входного сигнала и типовую копию, согласованную с рассчитанным эталонным ЧМ сигналом (для ЛЧМ сигнала еще осуществляют взвешивание огибающей копии в соответствии с выбранной весовой функцией, например, функцией Хемминга), затем вычисляют свертку преобразованного эталонного ЧМ сигнала и его копии, получая сжатый ЧМ сигнал, который далее корректируют, умножая его в области боковых лепестков на корректирующую функцию, снижающую БЛ до требуемого уровня, после чего рассчитанные сжатый и эталонный сигналы преобразуют в частотную область, вычисляют частное от деления вычисленных спектров, которое соответствует новому скорректированному спектру копии ЧМ сигнала, - затем спектры входного сигнала и скорректированной копии перемножают, получая спектр сжатого сигнала, который далее преобразуют во временную область с использованием обратного быстрого преобразования Фурье (ОБПФ).The claimed technical result is provided by a method of filtering frequency-modulated signals, which consists in the following: after sampling in the ADC, filtering and converting the discrete spectrum of the input FM signal to the frequency domain goes to a multiplier, the second input of which receives samples of the spectrum of the corrected FM signal which is carried out as follows: calculate the reference FM signal in the time domain taking into account the conversion to the ADC and filtering, by analogy with the conversion the input signal and the sample copy matched with the calculated reference FM signal (for the chirp signal, the copy envelope is weighed in accordance with the chosen weight function, for example, Hamming), then the convolution of the converted reference FM signal and its copy are calculated, obtaining a compressed FM signal which is then corrected by multiplying it in the side-lobe region by a correction function that reduces the BL to the required level, after which the calculated compressed and reference signals are converted into the frequency domain Part, calculate the quotient of the calculated spectra, which corresponds to the new corrected spectrum of the copy of the FM signal, then the spectra of the input signal and the corrected copy are multiplied to obtain the spectrum of the compressed signal, which is then transformed into the time domain using the inverse fast Fourier transform (IFFT).

Указанный технический результат обеспечивается устройством фильтрации частотно-модулированных сигналов, содержащим последовательно соединенные блок дискретной обработки входного сигнала, содержащий блок АЦП, фильтрации и преобразования, и блок БПФ, сигнал с которого поступает на вход блока перемножения двух спектров, на его второй вход поступает сигнал из блока вычисления скорректированной копии, выход блока перемножения спектров входного сигнала и скорректированной копии соединен с блоком ОБПФ; при этом блок вычисления скорректированной копии содержит последовательно соединенные блок формирования эталонного ЧМ сигнала, блок дискретной обработки и блок свертки, на первый вход которого поступает отфильтрованный эталонный сигнал, а на второй вход - сигнал с блока формировании копии, комплексно сопряженной с эталонным ЛЧМ сигналом, и блока весовой обработки копии, при этом с выхода блока свертки сигнал поступает на блок коррекции сжатого сигнала, на второй вход которого поступает сигнал с блока формирования сигнала, корректирующего УБЛ сжатого сигнала, с выхода блока коррекции сжатого сигнала сигнал подается на блок вычисления скорректированной копии через блок БПФ, при этом на второй вход блока вычисления скорректированной копии поступает прошедший блок БПФ отфильтрованный эталонный сигнал из упомянутого блока дискретной обработки.This technical result is provided by a filtering device for frequency-modulated signals containing a serially connected block of discrete processing of the input signal, containing an ADC block, filtering and conversion, and an FFT unit, the signal from which is fed to the input of the two spectra multiplication unit, to its second input the unit for calculating the corrected copy, the output of the multiplier of the spectra of the input signal and the corrected copy are connected to the OBPF block; the unit for calculating the corrected copy contains a series-connected unit for generating a reference FM signal, a discrete processing unit and a convolution unit, the first input of which receives a filtered reference signal, and the second input is a signal from a copy-forming unit integrated with the reference chirp signal, and the copy weighting unit, the output from the convolution unit’s output is fed to the compressed signal correction unit, the second input of which receives a signal from the signal conditioning unit, UBL th despread signal, outputted from the block correction signal despread signal is fed to calculating unit corrected copy through FFT unit, wherein the second input unit for calculating the corrected copy arrives last FFT filtered reference signal of said discrete processing unit.

Работа заявленного устройства сжатия ЧМ сигнала заключается в вычислении копии ЧМ сигнала, скорректированной по сравнению с типовой копией.The job of the claimed FM signal compression device is to calculate a copy of the FM signal, corrected in comparison with a typical copy.

Для расчета скорректированной копии первоначально вычисляется сжатый сигнал. Он может быть вычислен в соответствии с алгоритмом, представленным на фиг. 1, или с помощью свертки во временной области по формуле (4).A compressed signal is initially calculated to calculate the corrected copy. It can be calculated in accordance with the algorithm shown in FIG. 1, or using convolution in the time domain by the formula (4).

Figure 00000004
Figure 00000004

где se(n) - рассчитанный эталонный ЧМ сигнал.where se (n) is the calculated reference FM signal.

В качестве эталонного сигнала используется первоначально рассчитанный ЧМ сигнал с учетом дискретизации, квантования в АЦП и фильтрации. Копия является комплексно сопряженной с эталонным сигналом, а для ЛЧМ сигналов с использованием весовой обработки. Традиционную весовую обработку целесообразно осуществлять путем модуляции огибающей копии ЛЧМ сигнала, т.к. в этом случае френелевские пульсации спектра копии будут меньше, чем при взвешивании спектра копии.As a reference signal, the originally calculated FM signal is used, taking into account the sampling, quantization in the ADC and filtering. The copy is complex conjugate with the reference signal, and for chirp signals using weighting processing. Traditional weight processing is advisable to carry out by modulating the envelope of the copy of the chirp signal, because in this case, the Fresnel ripple spectrum of the copy will be less than when weighting the spectrum of the copy.

Затем сжатый сигнал во временной области умножается на корректирующую функцию, снижающую УБЛ до требуемых значений. В качестве корректирующей функции cor(k) может быть использована любая функция, снижающая боковые лепестки в требуемом интервале времени: вблизи пика, в области возможных «парных эхо» сжатого сигнала или, например, равномерная вне пика сжатого сигнала (формула (5)):Then the compressed signal in the time domain is multiplied by the correction function, reducing the LLL to the desired values. As a correction function cor (k), any function can be used to reduce side lobes in the required time interval: near the peak, in the region of possible “pair echoes” of the compressed signal or, for example, uniform outside the peak of the compressed signal (formula (5)):

Figure 00000005
Figure 00000005

где koef - коэффициент, учитывающий во сколько раз необходимо снизить УБЛ сжатогоwhere koef - coefficient taking into account how many times it is necessary to reduce the compressed UBL

сигнала, M1 - начальный индекс пика сжатого сигнала, М2 - конечный индекс пика сжатого сигнала, М - количество отсчетов копии.signal, M1 - the initial index of the peak of the compressed signal, M2 - the final index of the peak of the compressed signal, M - the number of copies of the copy.

Сжатый сигнал корректируется в соответствии с формулой (6), затем по формуле (7) вычисляется его спектр, а по формуле (2) спектр Sse(n) рассчитанного эталонного сигнала с учетом преобразований в тракте ЧМ сигнала.The compressed signal is corrected in accordance with formula (6), then its spectrum is calculated using formula (7), and the spectrum Sse (n) of the calculated reference signal is calculated using formula (2), taking into account the transformations in the FM signal path.

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Спектр скорректированной копии Skcor(n) вычисляется по формуле (8) как отношение спектра скорректированного сжатого сигнала Sgcor(n) к спектру рассчитанного эталонного сигнала Sse(n):The spectrum of the corrected copy Skcor (n) is calculated by the formula (8) as the ratio of the spectrum of the corrected compressed signal Sgcor (n) to the spectrum of the calculated reference signal Sse (n):

Figure 00000008
Figure 00000008

Рассчитанная скорректированная копия используется в формуле (1) при обработке (сжатии) реальных входных сигналов с внутриимпульсной модуляцией.The calculated corrected copy is used in formula (1) in the processing (compression) of real input signals with intrapulse modulation.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 представлена схема алгоритма цифрового устройства фильтрации ЧМ сигналов со сверткой в частотной области.FIG. 1 shows a flow chart of a digital device for filtering FM signals with convolution in the frequency domain.

На фиг. 2 - схема алгоритма заявленного цифрового устройства фильтрации ЧМ сигналов с вычислением скорректированной копии.FIG. 2 is a flow chart of the claimed digital device for filtering FM signals with the calculation of the corrected copy.

На фиг. 3 - Блок-схема цифрового устройства фильтрации ЧМ сигналов, в которой: 1 - блок БПФ копии; 2 - блок весовой обработки копии; 3 - блок формирования копии, комплексно сопряженной с эталонным ЛЧМ сигналом; 4 - блок БПФ входного сигнала; 5 - блок цифровой обработки входного сигнала в приемном тракте; 6 - блок АЦП; 7 - блок перемножения спектров копии и входного сигнала; 8 - блок ОБПФ спектра сжатого сигнала; 9 - блок вычисления модуля сжатого сигнала.FIG. 3 is a block diagram of a digital device for filtering FM signals, in which: 1 is a copy FFT unit; 2 - copy weight processing unit; 3 - a unit for generating a copy, complexly associated with a reference chirp signal; 4 - block FFT input signal; 5 is a block of digital processing of the input signal in the receiving path; 6 - ADC block; 7 is a block multiplying the spectra of the copy and the input signal; 8 - OBPF block of the compressed signal spectrum; 9 is a block calculation module of the compressed signal.

На фиг. 4 - Блок-схема предлагаемого цифрового устройства фильтрации ЧМ сигналов, в котором: 101 - блок формирования сигнала, корректирующего УБЛ сжатого сигнала; 102 - блок весовой обработки копии ЛЧМ сигнала; 103 - блок формирования типовой копии, комплексно сопряженной с эталонным сигналом; 104 - блок цифровой обработки, имитирующий преобразования входного сигнала в приемном тракте; 105 - блок формирования эталонного ЧМ сигнала; 106 - блок цифровой обработки входного сигнала в приемном тракте; 107 - блок АЦП; 108 - блок свертки копии и эталонного сигнала; 109 - блок коррекции сжатого сигнала; 110 - блок БПФ сжатого сигнала; 111-блок вычисления спектра скорректированной копии; 112 - блок БПФ эталонного сигнала; 113 - блок БПФ входного сигнала; 114 - блок перемножения спектров скорректированной копии и входного сигнала; 115 - блок ОБПФ спектра скорректированного сжатого сигнала; 116 - блок вычисления модуля сжатого сигнала.FIG. 4 is a block diagram of the proposed digital device for filtering FM signals, in which: 101 is a signal conditioning unit that corrects the compressed signal UBL; 102 — weight processing unit for the copy of the chirp signal; 103 - unit for forming a typical copy, complexly conjugated with a reference signal; 104 is a digital processing unit that simulates the conversion of the input signal in the receiving path; 105 —the unit for generating a reference FM signal; 106 - block digital input processing in the receiving path; 107 - ADC block; 108 - block convolution of a copy and a reference signal; 109 - block correction of the compressed signal; 110 - FFT block of the compressed signal; 111-unit calculating the spectrum of the corrected copy; 112 - block FFT reference signal; 113 - input FFT block; 114 —an multiplication unit of the spectra of the corrected copy and the input signal; 115 — OBPF block of the corrected compressed signal spectrum; 116 - unit calculation module of the compressed signal.

Блок-схема, приведенная на фиг. 3, используется для обработки ЧМ сигналов и, в частности, ЛЧМ сигналов. В блоке 3 вычисляется копия ЧМ сигнала. При использовании ЛЧМ сигнала огибающая копии взвешивается в соответствии с традиционной весовой функцией, например, функцией Хемминга (блок 2), а затем вычисляется спектр взвешенной копии (блок 1). В блоке 6 входной эхо-сигнал дискретизируется и квантуется в АЦП, в блоке 5 преобразуется и фильтруется, а в блоке 4 вычисляется спектр входного сигнала с помощью БПФ. Перемножение спектров копии с выхода блока 1 и входного сигнала с выхода блока 4 осуществляется в блоке 7. В блоке 8 спектр сигнала с выхода блока 7 с помощью процедуры ОБПФ преобразуется во временную область. В блоке 9 оценивается модуль сжатого сигнал для дальнейшей сигнальной обработки.The block diagram shown in FIG. 3, is used to process FM signals and, in particular, chirp signals. In block 3, a copy of the FM signal is calculated. When using a chirp signal, the copy envelope is weighted in accordance with the traditional weighting function, for example, the Hamming function (block 2), and then the spectrum of the weighted copy is calculated (block 1). In block 6, the input echo signal is sampled and quantized into the ADC, in block 5 is converted and filtered, and in block 4, the spectrum of the input signal is calculated using an FFT. The multiplication of the spectra of the copy from the output of block 1 and the input signal from the output of block 4 is carried out in block 7. In block 8, the spectrum of the signal from block 7 is converted into the time domain using the OBPF procedure. In block 9, a compressed signal module is evaluated for further signal processing.

Блок-схема, приведенная на фиг. 4, используется для обработки ЧМ сигналов и, в частности, ЛЧМ сигналов. Для этого в блоке 105 формируется эталонный дискретный ЧМ сигнал, который в блоке 104 преобразуется и фильтруется в соответствии с преобразованием и фильтрацией эхо-сигналов в приемном тракте. В блоке 103 вычисляется типовая копия ЧМ сигнала. При использовании ЛЧМ сигнала его огибающая копии в блоке 102 взвешивается в соответствии с традиционной весовой функцией, например, функцией Хемминга. В блоке 108 вычисляется свертка взвешенной типовой копии и эталонного ЛЧМ сигнала, т.е. формируется сжатый сигнал, который в блоке 109 умножается на корректирующий сигнал, поступающий из блока 101 и снижающий УБЛ сжатого сигнала в заданном интервале времени до требуемого уровня. Далее в блоках 110 и 112 вычисляются спектры сигналов соответственно с выхода блоков 104 и 109. В блоке 111 рассчитывается спектр новой скорректированной копии равный частному от деления спектра сжатого сигнала с выхода блока 110 на спектр эталонного сигнала с выхода блока 112. В блоке 114 спектр скорректированной копии с блока 111 умножается на спектр входного сигнала, преобразованного в блоках 107 (блок АЦП) и 106 (блок преобразования и фильтрации). В блоке 115 спектр сигнала с выхода блока 114 с помощью процедуры ОБПФ преобразуется во временную область. В блоке 116 оценивается модуль сжатого сигнал для дальнейшей сигнальной обработки.The block diagram shown in FIG. 4, is used to process FM signals and, in particular, chirp signals. To do this, in block 105, a reference discrete FM signal is generated, which in block 104 is converted and filtered in accordance with the conversion and filtering of echo signals in the receiving path. In block 103, a typical copy of the FM signal is calculated. When using a chirp signal, its envelope of the copy in block 102 is weighted in accordance with the traditional weighting function, for example, the Hamming function. In block 108, the convolution of the weighted sample copy and the reference chirp signal is calculated, i.e. a compressed signal is generated, which in block 109 is multiplied by a correction signal coming from block 101 and reducing the compressed signal UBL in a given time interval to the desired level. Next, in blocks 110 and 112, the signal spectra are calculated respectively from the output of blocks 104 and 109. In block 111, the spectrum of the new corrected copy is calculated equal to the quotient from dividing the spectrum of the compressed signal from the output of block 110 by the spectrum of the reference signal from the output of block 112. In block 114, the spectrum is corrected the copies from block 111 are multiplied by the spectrum of the input signal converted in blocks 107 (ADC block) and 106 (block conversion and filtering). In block 115, the spectrum of the signal from the output of block 114 using the OBPF procedure is converted into the time domain. In block 116, a compressed signal module is evaluated for further signal processing.

Таким образом, использование скорректированной копии, учитывающей особенности спектра ЧМ сигнала (френелевские пульсации), а также возникшие в приемном тракте искажения, позволяет, не изменяя длительность пика, снизить УБЛ сжатого сигнала. Для ЛЧМ сигналов с небольшими коэффициентами сжатия Ксж=(26÷50) при минимальной частоте дискретизации (fДИСКР), в 1,2 раза превышающей девиацию частоты (W), УБЛ может составлять минус (42÷49) дБ. Дополнительные потери на обработку будут не более 0,9 дБ. При коэффициентах сжатия Ксж>50 средний УБЛ будет еще меньше. Увеличив частоту дискретизации сигналов в два раза (fДИСКР=2W), в небольшом диапазоне доплеровских частот можно снизить УБЛ до минус (60-80) дБ.Thus, the use of a corrected copy, which takes into account the characteristics of the spectrum of the FM signal (Fresnel pulsations), as well as distortions in the receiving path, makes it possible, without changing the peak duration, to reduce the compressed signal UBL. For chirp signals with small compression ratios, Ксж = (26 ÷ 50) with a minimum sampling frequency (f DISCR ) 1.2 times the frequency deviation (W), UBL can be minus (42 ÷ 49) dB. Additional processing losses will be no more than 0.9 dB. With compression ratios of KSH> 50, the average UBL will be even smaller. By doubling the sampling frequency of the signals (f DISCR = 2W), in a small Doppler frequency range, you can reduce the EEL to minus (60-80) dB.

Claims (8)

1. Способ фильтрации частотно-модулированных сигналов, заключающийся в том, что1. The method of filtering frequency-modulated signals, namely, that дискретизируют входной частотно-модулированный (ЧМ) сигнал, преобразуют, фильтруют, вычисляют его спектр при помощи быстрого преобразования Фурье (БПФ) и подают на перемножитель, на второй вход которого подают спектр, полученный следующим образом:sampling the input frequency-modulated (FM) signal, transform, filter, calculate its spectrum using the fast Fourier transform (FFT) and feed the multiplier, to the second input of which the spectrum is obtained, obtained as follows: - формируют эталонный дискретный ЧМ сигнал, который преобразуют и фильтруют в соответствии с указанным выше преобразованием и фильтрацией;- form a discrete reference FM signal, which is converted and filtered in accordance with the above conversion and filtering; - вычисляют копию ЧМ сигнала, а для линейно частотно-модулированных (ЛЧМ) сигналов взвешивают ее при помощи модуляции огибающей, и осуществляют свертку (сжатие) взвешенной копии и эталонного ЧМ сигнала, далее сжатый сигнал умножают на корректирующий сигнал,- calculate a copy of the FM signal, and for linear frequency-modulated (chirp) signals are weighed using modulation of the envelope, and perform convolution (compression) of the weighted copy and the reference FM signal, then the compressed signal is multiplied by the correction signal, - вычисляют спектры перемноженного с корректирующим сигналом сжатого ЧМ сигнала и отфильтрованного эталонного дискретного ЧМ сигнала,- calculate the spectra of the multiplied with the correction signal of the compressed FM signal and the filtered reference discrete FM signal, - формируют новый скорректированный спектр копии ЧМ сигнала, равный частному от деления вычисленных спектров;- form a new corrected spectrum copy of the FM signal, equal to the quotient from dividing the calculated spectra; - формируют спектр сжатого сигнала, перемножая спектры входного ЧМ сигнала и скорректированной копии, и преобразуют его во временную область при помощи обратного базового преобразования Фурье (ОБПФ).- form the spectrum of the compressed signal, multiplying the spectra of the input FM signal and the corrected copy, and convert it into the time domain using the inverse basic Fourier transform (IFFT). 2. Устройство фильтрации ЧМ сигналов, содержащее последовательно соединенные блок АЦП, блок преобразования и фильтрации входного сигнала в приемном тракте и блок БПФ входного сигнала, сигнал с которого поступает в блок перемножения спектров скорректированной копии и входного сигнала, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока вычисления спектра скорректированной копии, а выход блока перемножения спектров скорректированной копии и входного сигнала соединен с блоком ОБПФ, отличается тем, что на вход блока вычисления спектра скорректированной копии в качестве делителя поступает спектр эталонного ЧМ сигнала, формируемый последовательно в блоке формирования, блоке фильтрации и блоке БПФ, а на второй вход в качестве делимого поступает сигнал с выхода последовательно соединенных блока свертки эталонного сигнала и типовой копии, блока коррекции сжатого сигнала и блока БПФ, при этом на входы блока свертки эталонного сигнала и типовой копии поступает эталонный сигнал и типовая копия, взвешенная в случае использования ЛЧМ сигнала в блоке весовой обработки, вход которого соединен с блоком формирования копии, комплексно сопряженной с эталонным сигналом, сжатый сигнал с выхода блока свертки эталонного сигнала и копии поступает в блок коррекции сжатого сигнала, на второй вход которого поступает сигнал с блока формирования сигнала, корректирующего уровень боковых лепестков (УБЛ) сжатого сигнала, с выхода блока коррекции сжатого сигнала скорректированный сжатый сигнал через блок БПФ сжатого сигнала преобразуется в частотную область, спектр скорректированной копии вычисляется как частное от деления спектра скорректированного сжатого сигнала на спектр сформированного эталонного ЧМ сигнала.2. A device for filtering FM signals containing the ADC block connected in series, a block for converting and filtering the input signal in the receiving path and an FFT block for the input signal, the signal from which goes to the multiplier unit of the spectra of the corrected copy and the input signal, the second input of which receives a signal from the output block calculating the spectrum of the corrected copy, and the output of the block multiplying the spectra of the corrected copy and the input signal is connected to the IFFT block, characterized in that the input of the spectrum calculator the corrected copy as a divider receives the spectrum of the reference FM signal generated sequentially in the shaping unit, the filtering unit and the FFT unit, and the output from the serially connected convolution unit of the reference signal and sample copy, the compressed signal correction unit and the unit FFT, while the reference signal and the sample copy are supplied to the inputs of the convolution unit and the sample copy, weighted in the case of using the chirp signal in the weight processing unit, the input to secondly connected to a copy forming unit integrated with a reference signal, the compressed signal from the output of the convolution unit of the reference signal and the copy goes to the compressed signal correction unit, the second input of which receives a signal from the side-lobe leveling unit (UBL) of the compressed signal , from the output of the compressed signal correction block, the corrected compressed signal is converted into the frequency domain through the FFT block of the compressed signal, the spectrum of the corrected copy is calculated as the quotient the spectrum of the corrected compressed signal on the spectrum of the generated reference FM signal.
RU2017142004A 2017-12-01 2017-12-01 Method and device for filtering frequency-modulated signals RU2685972C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142004A RU2685972C1 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Method and device for filtering frequency-modulated signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142004A RU2685972C1 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Method and device for filtering frequency-modulated signals

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685972C1 true RU2685972C1 (en) 2019-04-23

Family

ID=66314851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017142004A RU2685972C1 (en) 2017-12-01 2017-12-01 Method and device for filtering frequency-modulated signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685972C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726188C1 (en) * 2019-08-21 2020-07-09 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of determining parameters of frequency-coded signals in an autocorrelation receiver

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2212683C2 (en) * 2001-09-20 2003-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Челябинский радиозавод "Полет" Method of radar signal processing
US20090006016A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Canh Ly System and method for detecting a weak signal in a noisy environment
RU2447455C1 (en) * 2010-10-20 2012-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г.Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Reduction method for side-lobe level of lfm signal
US20120112952A1 (en) * 2009-03-04 2012-05-10 Honeywell International Inc. Systems and methods for suppressing ambiguous peaks from stepped frequency techniques
RU2503028C2 (en) * 2011-09-13 2013-12-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Device for transmitting and receiving information using nonlinear frequency-modulated signals
SU1840993A1 (en) * 1983-03-29 2014-12-10 Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант" Device for discrimination between chirp signals, phase-shift keyed signal and normal signal
RU2549163C1 (en) * 2013-10-22 2015-04-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of suppressing side lobes of noise-like signal auto correlation functions
RU2611102C1 (en) * 2015-12-14 2017-02-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" Method for spectral analysis of polyharmonic signals

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1840993A1 (en) * 1983-03-29 2014-12-10 Государственное Предприятие "Научно-Исследовательский Институт "Квант" Device for discrimination between chirp signals, phase-shift keyed signal and normal signal
RU2212683C2 (en) * 2001-09-20 2003-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Челябинский радиозавод "Полет" Method of radar signal processing
US20090006016A1 (en) * 2007-06-26 2009-01-01 Canh Ly System and method for detecting a weak signal in a noisy environment
US20120112952A1 (en) * 2009-03-04 2012-05-10 Honeywell International Inc. Systems and methods for suppressing ambiguous peaks from stepped frequency techniques
RU2447455C1 (en) * 2010-10-20 2012-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г.Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Reduction method for side-lobe level of lfm signal
RU2503028C2 (en) * 2011-09-13 2013-12-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Device for transmitting and receiving information using nonlinear frequency-modulated signals
RU2549163C1 (en) * 2013-10-22 2015-04-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of suppressing side lobes of noise-like signal auto correlation functions
RU2611102C1 (en) * 2015-12-14 2017-02-21 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" Method for spectral analysis of polyharmonic signals

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726188C1 (en) * 2019-08-21 2020-07-09 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method of determining parameters of frequency-coded signals in an autocorrelation receiver

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3144701A1 (en) Method and device for generating non-linear frequency modulation signal
US8937993B2 (en) Crest factor reduction for brand-limited multi-carrier signals
CN109765528B (en) Real-time generation method and device of nonlinear frequency modulation signal
US20050197831A1 (en) Device and method for generating a complex spectral representation of a discrete-time signal
US7880672B1 (en) Generating nonlinear FM chirp radar signals by multiple integrations
JP5369350B2 (en) Transmission waveform generation method in pulse compression, transmission waveform generation program, and pulse compression apparatus manufactured by transmission waveform generation method
JPS6273378A (en) Device for calculating moving wndow recurrence discrete fourier conversion
TW201427347A (en) Apparatus for low complexity sub-nyquist sampling of sparse wideband signals
JP2005085167A (en) Correlation processing device and method, and pulse compression processing device and method
RU2685972C1 (en) Method and device for filtering frequency-modulated signals
CN112526458A (en) Broadband NLFM (non-line-of-sight) emission beam forming method based on parameter fraction time delay extraction
CN109525215B (en) Empirical wavelet transform method for determining subband boundary by using kurtosis spectrum
US9983295B2 (en) Direct sampling of received signals in radar
RU2447455C1 (en) Reduction method for side-lobe level of lfm signal
US10393865B2 (en) Phase retrieval algorithm for generation of constant time envelope with prescribed fourier transform magnitude signal
RU2439601C1 (en) Apparatus for detecting composite broad-band frequency-modulated signals with filtration in scale-time domain based on discrete wavelet transform
Vizitiu Sidelobes reduction using synthesis of some NLFM laws
Ding et al. Generalized linear canonical transform with higher order phase
CN105790769B (en) Random demodulation method based on discrete ellipsoid sequence
Prager et al. Arbitrary nonlinear FM waveform construction and ultra-wideband synthesis
CN106842146B (en) Engineering implementation method for phase coding signal sidelobe suppression
CN110673100A (en) Pulse compression method based on real-time spectrum estimation
CN105099461A (en) Multi-band signal quadrature compressive sampling method and system
JP2001312289A (en) Filter circuit for band division, and signal analyzing device and signal processing device using the same
RU2347318C2 (en) Method for transmission and reception of signals