6.5. Активные фильтры

Активные фильтры или корреляторы являются устройствами с переменными параметрами. Активный фильтр, общая структурная схема которого представлена на рис. 6.12, может иметь несколько корреляционных каналов, состоящих из умножителей (X) и интеграторов Необходимым элементом активного фильтра является генератор опорных сигналов При приеме сигналов с неизвестной задержкой активный фильтр имеет также синхронизатор который обеспечивает поиск сигнала по времени (измерение задержки сигнала) и слежение за задержкой сигнала при его изменении. Синхронизатор состоит из устройства управления которое управляет ритмом работы активного фильтра, устройства поиска и устройства слежения за задержкой Решающее устройство принимает решение в конце интервала анализа о наличии сигнала и педедает его в блок управления синхронизатора. Интересные примеры активных фильтров можно найти в работах [2, 90, 156, 166, 169].

Особенности построения активных фильтров определяются в первую очередь процедурой поиска сигнала во времени, т. е. измерением задержки [154, 156, 165, 166]. Устройство поиска может быть одноканальным (последовательный поиск), многоканальным (параллельный поиск) и комбинированным (малоканальным с последовательным поиском в меньших позициях) [95].

Одноканальное устройство поиска.

В этом случае активный фильтр имеет только один корреляционный канал, который состоит из одного умножителя и одного интегратора. Возможны различные процедуры поиска, среди которых самая простая — последовательный перебор. При такой процедуре поиска производится анализ одного разрешаемого элемента — интервала по времени. Если сигнал обнаружен, задержка измерена, то поиск прекращается. Если сигнал не обнаружен, то анализируется следующий разрешаемый интервал. Ширина разрешаемого интервала определяется длительностью центрального пика АКФ сигнала и необходимой точностью синхронизации.

Рис. 6.12

Если время анализа одного интервала интервал наблюдения разрешаемый интервал то число разрешаемых интервалов равно и максимальное время поиска

Как показывают исследования, если истинное значение задержки равномерно распределено на

интервале наблюдения, то среднее значение времени поиска равно

т. е. в два раза меньше. Из (6.25), (6.26) следует, что время поиска уменьшается с уменьшением ширины интервала наблюдения. Поэтому всегда имеет большое значение априорное уменьшение этого интервала, например, с грубым определением задержки сигнала по его части [169].

Многоканальное устройство поиска.

Оно состоит из корреляционных каналов (рис. 6.12). Положим, что и является целым числом. Каждый канал анализирует разрешаемых интервалов методов последовательного перебора. Максимальное время поиска равно

В данном случае время поиска по сравнению с последовательным поиском (одноканальное устройство) уменьшено в раз. Если число каналов равно числу разрешаемых интервалов т. е. то максимальное время поиска минимально и равно времени анализа одного разрешаемого элемента

Комбинированное n-канальное и m-шаговое устройство поиска.

Алгоритм работы такого устройства существенно отличается от алгоритмов работы двух предыдущих устройств. Он заключается в следующем [95]. На первом шаге весь интервал наблюдения разбивается на подынтервалов, каждый из которых анализируется одним каналом в течение времени На первом шаге грубо определяется задержка сигнала с точностью После этого все каналы на втором шаге анализируют выбранный интервал, на котором грубо обнаружен сигнал, шириной Так как число каналов и шагов связаны соотношением

то максимальное время поиска

По сравнению с (6.27) имеем некоторое уменьшение времени поиска, но при этом ухудшаются характеристики обнаружения сигнала.

Сравнение активных фильтров.

В качестве наиболее грубого критерия сравнения можно взять произведение числа каналов на время поиска. В одноканальном и многоканальном устройствах эта величина одинакова и равна Поэтому для уменьшения времени поиска необходимо увеличивать число каналов, т. е. усложнять активный фильтр.

В многоканальном устройстве поиска (при большом числе каналов) и в комбинированном (п-канальном и -шаговом) сложность активного фильтра возрастает из-за увеличения числа каналов и усложнения генератора опорных сигналов. В результате весь фильтр значительно усложняется. При этом некоторый выигрыш в произведении числа каналов на время поиска объясняется ухудшением помехоустойчивости. С практической точки зрения целесообразнее использовать многоканальное устройство поиска при числе каналов, не превышающем числа ячеек регистра, формирующего дискретный сигнал. Тем не менее наибольшее применение нашло одноканальное устройство из-за простоты его структуры. Однако для уменьшения времени поиска необходимо переходить к многоканальным устройствам.