5.3.2. Конвольверы

В радиоизмерительных и локационных устройствах широко используются методы корреляционной обработки сигналов, заключающиеся в одновременной обработке входного и опорного сигналов путем интегрирования результатов перемножения за время существования сигнала. Функция взаимной корреляции двух сигналов S1 и S2 в общем случае имеет вид:

.

Интегральное преобразование можно осуществить методом аналоговой обработки сигналов, используя нелинейное взаимодействие акустических колебаний. Такой процессор сигналов называется акустическим конвольвером (рис. 2.26, а). На левый ВШП 1 подается сигнал

,

А на правый 2 –

.

Синфазное взаимодействие происходит при выполнении условия и .

Появится новая акустическая волна на частоте ω₁, которая будет распространяться в противоположном направлении (рис. 5.26, а). На левом входном ВШП появится сигнал, который будет представлять функцию акустической корреляции:

Или при замене переменных получаем

Или

,

Т.е происходит обращение сигнала во времени.

Конвольвер как процессор сигналов выполняет несколько функций, например корреляционную обработку сигналов и операцию свертки. В табл. 5.1 приведены виды преобразований.

Конвольвер выполняется по микроэлектронной технологии. В конструкции конвольвера можно найти все пять элементов, характерных для изделия функциональной электроники.

Таблица 5.1. Виды преобразований, осуществляемые взаимодействием акустических волн

Входной сигнал	Выходной сигнал	Результат
Взаимодействие встречных волн
Произвольный		Сжатая по времени свертка
		Сжатая по времени автокорреляция
Генерация обратной волны
Произвольный		Взаимная корреляция
		Автокорреляция
		Обращение во времени

Информационная емкость конвольвера определяется величиной

Выходной сигнал, снимаемый с электродов 3, можно записать как:

, (5.6)

Где V_a – скорость звука, z – координата.

Введем новые переменные , и тогда уравнение может быть переписано в виде:

,

Где T=L/V_a – время интегрирования. Если исходные сигналы U(t) и V(t) имеют прямоугольную огибающую, то их свертка представляет треугольный импульс (рис. 2.26, б). Амплитудой, равной амплитуде треугольного импульса при T=T_c .

В случае, когда на левый вход поступает сигнал

,

А на выходной электрод –

,

.

В каждой точке пространства в момент времени t амплитуда акустического сигнала на частоте 2ω будет пропорциональна

.

А) Б)

Рисунок 5.26 – конвольвер на ПАВ (а) и процесс образования свертки двух сигналов U(t)*V(t) (б)

Динамический диапазон определяется уровнем ложных сигналов на выходе и нелинейным насыщением выходного сигнала. Для снижения уровня ложных сигналов применяют параметрический электрод с зубчатыми краями, глубина которых равна половине второй гармоники поверхности акустической волны.

Конвольверы нашли применение в устройствах обработки радиосигналов для согласованной фильтрации, для получения корреляционных функций, для дискретного Фурье-преобразования в реальном масштабе времени, для кодирования радиосигналов.