13.10. ЦИФРОВОЙ СОГЛАСОВАННЫЙ ФИЛЬТР

Рассмотренные выше принципы квадратурной обработки, а также соотношения между сигналами на входе и выходе аналогового фильтра полностью распространяются и на цифровую обработку. Однако собственно фильтр обычно синтезируется на основе спектрального подхода, с использованием БПФ.

Рис. 13.27. Согласованная фильтрация цифрового сигнала с использованием БПФ

Поскольку согласованный фильтр должен выдавать на выходе сигнал, совпадающий по форме с корреляционной функцией входного сигнала, алгоритм фильтра можно построить по структурной схеме, представленной на рис. 13.27.

На вход БПФ подается последовательность закодированных в цифру комплексных отсчетов , а последовательность спектральных коэффициентов , с выхода БПФ поступает на набор перемножителей, осуществляющих умножение каждого из коэффициентов на комплексно-сопряженный коэффициент . Полученная таким образом последовательность подвергается обратному быстрому преобразованию Фурье, и тем самым формируется последовательность отсчетов выходного сигнала (с точностью до постоянного коэффициента).

Последующая обработка по устранению влияния начальной фазы сигнала повторяет (в дискретной форме) обработку, показанную на рис. 13.26.

Сопоставление описанного цифрового согласованного фильтра с рассмотренными в § 13.5 аналоговыми фильтрами указывает на главное преимущество цифровой обработки — возможность реализации устройств с любыми импульсными и частотными характеристиками в пределах полосы частот, обеспечиваемой быстродействием преобразования А-Ц и арифметических устройств. Все сводится к выбору весовых коэффициентов. Факторы, характерные для аналоговых цепей: инерционность энергоемких элементов, влияние паразитных связей между отдельными узлами и их несогласованности и др., при цифровой обработке полностью отсутствуют. Важным преимуществом цифровых устройств является возможность расширения динамического диапазона увеличением разрядности АЦП (~ 6 дБ на один разряд, см. § 12.9).

Наконец, следует указать на высокую точность и стабильность характеристик цифровых фильтров, что особенно важно при сжатии сигналов с очень большой базой. Все эти преимущества достигаются ценой усложнения структуры фильтра, но, как показывает практика, современная микроэлектроника успешно справляется с возникающими в этой области проблемами.

Вместе с тем в ряде радиотехнических задач применение квадратурной обработки оказывается неприемлемым и более предпочтительно осуществлять согласованную фильтрацию в тракте высокой частоты. Широко распространены аналоговые согласованные фильтры на линиях акустической поверхностной волны, на дисперсионных линиях задержки. Осваиваются новые способы, основанные на различных физических явлениях, таких, например, как спиновое эхо.