Методы и условия преобразования фильтра сжатия линейно модулированных по частоте сигналов к рекурсивному виду

Аннотация

Рассмотрены особенности согласованной фильтрации широкополосных линейно модулированных по частоте сигналов (ЛЧМ) с минимальным количеством выполняемых арифметических операций. Для этого сумма передаточной функции представлена в виде двойной, вложенной одна в другую, с последующим сведением одной из них к простому алгебраическому выражению. При этом количество арифметических операций многократно сокращается, а численные значения отсчетов отклика фильтра остаются неизменными. Предложены методы и определены условия преобразования передаточной функции фильтра сжатия ЛЧМ сигнала к рекурсивному виду. Кроме этого учтены возможности повышения тактовой частоты, что в ряде случаев необходимо для снижения потерь при цифровой обработке, т.к. в общем случае любой ограниченный по времени сигнал имеет бесконечно спадающий спектр. Приведена оценка вычислительной эффективности разработанных методов, которая с увеличением базы ЛЧМ сигнала при его обработки возрастает, а тенденция развития радиолокации как раз движется в направлении увеличения информативности зондирующего сигнала, т.е. увеличения его базы. Представлены результаты моделирования, подтверждающие идентичность результатов сжатия ЛЧМ сигнала, аналогичной обработки в фильтре сжатия с передаточной функцией, преобразованной к рекурсивному виду. При этом для реализации операции сжатия ЛЧМ сигнала с базой 100 аппаратные (программные) затраты сократились в пять раз. Это в свою очередь позволяет снизить аппаратно-габаритные характеристики аппаратуры, её энергопотребление и одновременно сокращает время обработки и повышает надежность.

• радиолокация
• согласованная фильтрация
• широкополосный сигнал
• трансверсальный фильтр
• рекурсивный фильтр

Abstract (in English)

The features of matched filtering of linearly frequency modulated broadband signals (LFM) with a minimum number of performed arithmetic operations are considered. For this, the sum of the transfer function represented as a double, embedded one into another, with the subsequent reduction of one of them to a simple algebraic expression. In this case, the number of arithmetic operations reduces dramatically, while the numerical value of the filter response remains unchanged. Methods are proposed and the conditions are determined for turning the transfer function of the LFM signal compression filter to a recursive form. In addition, the possibility of increasing the clock frequency is taken into account, which in some cases is necessary to reduce losses in digital processing, because in general, any time-limited signal has an infinitely decreasing spectrum. The estimation of the computational efficiency of the developed methods is given, which increases with the growth of the base of the chirped signal during its processing, and the trend of radar development is moving in the direction of increasing the complexity of the probe signal, i.e. increasing its base. The simulation, confirming the identity of the chirped signal compression results similar to the processing in a compression filter with a recursive transfer function, is presented. At the same time, to implement the chirped signal compression operation with a base of 100, the hardware (software) costs reduced by five times. This allows you to reduce the hardware and dimensional characteristics of equipment, it’s power consumption and at the same time reduces processing time and improves reliability.

Для цитирования

Литература

1. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокационные сигналы /Пер. с англ. Под ред. В.С. Кельзона. - М.: Сов. Радио, 1971. - 566 с.
2. Рабинер Л., Голд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов / Под редакцией Ю.Н.Александрова. М.: Мир, 1978. 848 с.
3. Кузьмин С. 3. Основы проектирования систем цифровой обработки радиолокационной информации. - М.: Радио и связь, 1986. - 352 с
4. Г. Нуссбаумер Быстрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления сверток. Пер. с англ. Ю.Ф. Касимова и И.П. Пчелинцева под ред. чл.-кор. АН КазССР В.М. Амербаева и Т.Э. Кренкеля. - М.: Радио и связь, 1985. -247 с.
5. Баталин Е.С. и др. Цифровой фильтр сжатия ЛЧМ сигналов. - "ВСР". Сер.: Радиолокационная техника, 1986, Вып. 21, с. 106-112 - Би.
6. В.С. Щербаков «Двумерное представление передаточной функции цифрового фильтра, согласованного с ЛЧМ - сигналом. - "ВСР" Сер.: Радиолокационная техника, 1988 вып. 2 с. 115 - 121.
7. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник / Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матюшкин, М.Н. Поляк. - М.: Радио и связь, 1985. - 312 с. с