Сглаживающий фильтр
Союз Соввтскнк
Социалнстнчвскик
Республик (и)1003302
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 06.11.81 (21) 3355655/18-0с! с присоединением заявки %в (5I)M. Кл.
Н 03 Н 21/00 (23) ПриоритетГесумретеапвй квинтет
Опубликовано 07,03.83. Бюллетень М 9
Дата опубликования описания 07.03.83 вв делам лзабретелнл н втерытнй (53) Уд, К621.396. .66 (088. 8) В. П. Авдеев, Л. П. Мышляев, И. Й. Шейсепева, --.
А. А. Ершов и А. B. Фролс1в."e
/ - :: 4 - Ъ
Сибирский ордена Трудового Красного 1еии, металлургический институт им. Серго Орджо зе (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СГЛАЖИВА!О!!!ИЙ ФИЛЬТР
1
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано цля вьщеления полезной низкочастотной составляющей измеренных сигналов.
Известно сглаживающее устройство, содержащее ограничитель уровня сигнала, цва интегратора, масштабирующий усилитель, блок сравнения, первый вхоц которого попключен к входу устройства, а выход через ограничитель уровня сигнала к входу первого интегратора, выход кото рого подключен к выходу устройства, к второму вхоцу блока сравнения и через второй интегратор и масштабируюший усилитель к ограничителю уровня сит нала.
Сглаживающее устройство уменьшает влияние как помех типа "выбросов, характеризующихся кратковременным измене20 нием сигнала на входе устройства на значительную величину, так и обычных помех, распределенных, например, по нормальному закону f 1)..
Недостатком известного устройства является низкая точность выцеления полезного сигнала в случае, когца статистические и структурные свойства полезного сигнала и помехи изменяются. Настроечные же параметры сглаживающего устройства, к которым относятся постояннаи времени интегрирования первого интегратора и величина ограничивающего напряжения ограничителя сигнала, опре« целяются при фиксированных указанных свойствах сигнала.
Известен управляемый фильтр, содержа щий послецовательно включенные первый блок сравнения, ограничитель и первый интегратор, выхоц которого соецинен с другим вхоцом блока сравнения, после цовательно соециненные детектор знака, ахоп, которого поцключен к выходу первого блока сравнения, второй блок сравнения, второй интегратор, квацратор, первый масштабируюший усилитель, первый сумматор, выход которого поцключен к управляюшему входу ограничителя, последсвательно соединенные вгорой масштабируюший усилитель, вход которого попклю чен к выходу квапратора, и второй сумматор, выход которого соепинен с управляющим входом первого интегратора, причем вторые входы обоих сумматоров подключены к источникам сигналов постоян ной величины f 2)
Однако известный управляемый фильтр 10 имеет недостаточную точность выделения полезного сигнала, особенно в том случае, .когца имеются его монотонные составляющие вслецствие того, что учитываются только свойства отклонений измерен-1S ного сигнала от его вьшеленных оценок и не учитываются свойства самих оценок полезного сигнала.
Цель изобретения — повышение точности фильтрации.
Поставленная цель цостигаегся аем, что в сглаживающий фильтр, соцержаший последовагельно соединенные первый блок сравнения, ограничитель и первый интег ратор, выхоп которого подключен к другому вхопу первого блока сравнения, выхоп которого соединен также с входом детектора знака, последовательно соединенные второй блок сравнения и второй интегратор, выход которого подключен к первому входу второго блока сравнения, последовательно соециненные первый масштабируюший усилитель и первый сумматор, выход которого подключен к управляющему входу ограничителя, а также второй масштабируюший усилитель, вхоп которого объецинен с вхоцом первого масштабируюшего усилителя, и второй сумматор, выхоц которого поцключен к
40 управляющему входу первого интегратора, ввепены послецовательно соединенные первый блок зацержки, первый дополнительный блок сравнения, пругой вход которого соединен с выходом первого интегратора, дополнительный детектор знака, второй
И блок задержки, первый блок умножения, другой вход которого соединен с выхопом дополнительного детектора знака, второй дополнительный блок сравнения, дополнительный интегратор, выход которого соединен также с цругим вхоцом второго дополнительного блока сравнения, третий дополнительный блок сравнения, другой вход которого соединен с выходом первого задатчика, первый дополнительный масштабирующий усилигель и первый инвертор, включенные между выходом перво го интегратора и первым входом второго
3302 4 сумматора, последовательно соединенные третий блок задержки и второй блок умножения, включенные между выходом детект ра знака и вторым вхопом второго блока сравнения, причем в го рой вход вто рого блока умножения соединен с выхопом детектора знака, а также четвертый дополнительный блок сравнения, включенный между выходом второго интегратора и вхопом первого масштабируюшего усилителя, причем второй ахоп четвертого цополнительного блока сравнения поп ключен к выходу второго запатчика, второи дополнительный масштабируюший усилитель, включенный между выхоцом треть» его дополнительного блока сравнения и вторым входом первого сумматора, и второй инвертор, включенный- между выходом второго масштабируюшего усилителя и вторым входом второго сумматора.
На чертеже препсгавлена структурная электрическая схема сглаживаюцего " фильтра.
Сглаживающий фильтр содержит первый блок 1 сравнения, ограничитель 2, первый интегратор 3, детектор 4 знака, второй блок 5 сравнения, второй интегратор 6, первый масштабируюший усилитель
7, второй масштабируюший усилитель 8, первый сумматор 9 второй сумматор
10, первый блок 1 . задержки, первый дополнигельный блок 12 сравнения, дополнительный цетектор 13 знака, второй блок 14 задержки, первый олок 15 умножения, второй цополнительный блок 16 сравнения, допол1п тельный интегратор
17, третий дополнительный блок 18 сравнения, первый дополнительный масштабирующий усилите ь 19, перви.й инве тор 20, второй дополнительный ма: штабируюший усилитель 21, второй инвестор 22, третий блок 23 задержки, вто»рой блок 24 умножения, четвертый допол нительный блок 25 сравнения„задатчики
26 и 27.
Сглаживающий фильтр рабогаег слецуюшим образом, Входной сигнал поступает на вход первого блока 1 сравнения, B котором из него вычитается выходной сигнал устройства, и получаемая разность 6с, +) поступает на вход ограничителя 2 и на вход первого детектора 4 знака. Е сли Я) чревышаег величину ограничива1ошего напряжения ограничителя 2, то е ограничителе 2 он ограни ивае ся .цо этой ве5 1003302 d личины, что мо>к>(о представить выраже- на вход третьего блока 23 задержки нием: и на второй вход второго блока 24 у»гожения, где сигналы 51 nQFo(t. . ) и 51 И 3. ()»
Eo(t) 1Р -Рс6,(<)P
-р / 4®р
К Q k55o(+ < )) перемножаюгся. В результате выходной сигнал второго блока 24 умножения принимает величину «+1", ес» ли 51Я И { то (t) l и S1Q и о(-7;Ц одного знака и "-1 если они зного знака.
Ф 1 ра
Затем во втором блоке 5 сравнения вычи» гаегся сигнал с выхода второго интегра» тора 6. На выходе которого получается сглаженный выходной сигнал второго блока 5 сравнения, т.е.
d; (t>-d;(t-т,>+k, >Р(а(+ <
В блоке 25 сравнения из сигнала
Д„Я) вычитается желаемый сигнал „ анап I>r а автокорреляционного момен ra:
E. (1)=К,(О-z„
ЕОH) =X() -Х(+-С1) 35 и по оценке скорости изменения выцеленной полезной составляющей сигнала
Е „с (+) = Х (+) - Х (< - ) у
dz(tt>=dk(t - C,>+ kk)Sign (t„B >)»
«д И (Еп (+ >)-д (-т >, гце д (? — сглаженное значение сигнал" "Я (1 Е8 с®) S)gY pkпс(+- ))с выхода и рвого бл ка 15 умнож ния.
В блоке 18 сравнения из сигнала
g>($) вычитаегся желаемый сигнал 2 ана;::га авгокоррелядионного момента: сд-® ® г ( где 8, (+) — выходной сигнал ограничителя 2, 10
- величина ограничиваюшего напряжения.
Ограничитель 2 может быть реализов ван, например, с помощью операционного усилителя в режиме насыщения. Сигнал 15 .(() с выхода ограничителя 2 поступает на вхоц первого интегратора 3, выполненного, например, с помошью операционного усилителя с емкостной отрицательной обратной связью. На выходе интегратора -20 3 получается cr>kаженный сигнал, который и поступает на вход устройства.
Все остальные блоки сглаживающего фильтра прецназначены для адаптации его настроек: величины ограничивающего 25 напряжения ограничителя 2 и посгоянной времени интегрирования Т интегратора
Величина ограничивающего напряжения и постоянная времени интегрирования 50
Т корректируюгся по отклонению измеренного сигнала ог выделенных оценок
его полезной составляюшей где X8) - входной сигнал устройства (измеренный сигнал);
) Ю )(И С() Х Н 2) выходной сигнал устройства (сглаженный с игнал ) .
По обоим показателям рассчитывается аналог авгокорреляционного момента, затем полученная величина сигнала сраь50 ниваегся с желаемым (зацанным) сигналом и по полученному отклонению определяются корректировки Р и Т.
Для реализации описанной процедуры сигнал со (4) с выхода первого блока 1 сравнения поступает на детектор 4 знака, 55 где на выходе получается сигнал либо
+1, либо "-1 ", в зависимости от знака о({=) . Полученный сигнал поступает (в частном случа. gq = О), который поступает на входы первого 7 и вгорого 8 масштабируюших усилителей, rrre умножается на коэффициенты К> и К{.
Лля определения скорости изменения сглаженного сигнала „ (+) выходной сиг»
Пс нал первого интегратора 3 запоминается в первом б(>ке 11 задержки на интервале времени Г,2, а затем задержанный сигнал вычитается в блоке 12 сравнения из сигнала >(,(+), Сигнал с полученной разности г)с® обрабатывается аналогично сигналу (} с помощью цополнигельного цегекгора
13 знака, второго блока 1(задер>кки,первого блока 15 умножения, блока 16 сревнепия, цополнигельного интегратора 17, выходе когорого получается сигнал
1001 частном случае сигнал Z <= 1 ), кого рый поступает на входы первого 19 и второго 21 цополнительных масштабируюших усилителей, гце умножается на коэффициенты К5 и К<. 5
Таким обре- ем, на вьгхопах масштабируюших усилителей 7, 8, 19 и 21 получаются сигналы:
a 6„H, 4 „(), K„Eg(<) Ke g «)
Далее в первом сумматоре 9 сигналы с выходов первого 7 и второго дополнительного 21 масштабируюших усилителей суммируются с сигналом источника постоянной величины Р, зацавая величину ограничиваюшего напряжения Р ограничителя 2;
P(+) = И)+Рг(+)+V» гпе Р> (4) P (+) — корректировки ограничиваюшего напряжения по показа- 25 телям Qî (+) и 6пс®
Сигналы же с второго 8 и первого дополнительного 19 масштабируюших . усилителей поступают через инверторы
20 и 22 на второй сумматор 10, rqe
30 суммируются с сигналом источника постоянной величины Т, задавая величину постоянной времени интегрирования Т интегратора 3:
>(,) „(М =,(+.)+Т, гПе Т„(Я), 1 ٠— корректировки посто
2. янной времени интегрирования по пока 40 зателям ®и ПС ®
Инверторы 20 и 22 введены, чтобы производить корректировку Т. Если показатели 6 0 (ь) и „(t) „величивают» 45 ся, то постоянная времени интегрирования уменьшается, и наоборот, если показатели EO(t) и 3Н (1) уменьшаются, то постоянная времени интегрирования увеличивается. 50
Точность выделения полезного сигнала оценивают по среднемодульному критерию М ,«„1 ()-х ю )
Ц=
55 гце Х (Я ) - полезный сигнал, (.) — сГлаженный сиГнал; — количество точек.
502 8
13 результате введени I новык элемен1ОВ повышена точность в ILIcлсния полезного сигнала Ilo сравнению о прототипом примерно на 15% по указапно у критерию.
Ф о р м у л а и з о б р т е и и я
Сглаживаюший фильтр, сопержаший последовательно соединенные первый блок сравнения, ограничитель и первый интегратор, выход которого подк"!In÷eí к другому вхопу первого блока сравнения, выхвп которого соединен также с вхоцом детектора знака, цоследова. нано соеди— пенные второй блок сравнения и второй интегратор, выход которого подключен к первому входу второгn :-.л ..з сравнения, последовательно соединенные первый мас, штабируюший усилитель и первый сумматор выход которого подключен к ° правляюшему входу ограничителя, а также второй масштабируюший усилитель, вход которого объединен с входом первого масштабирую1цего усилителя, и второй сумматор, выход которого поцключен к управляюше» му вхоцу первого интегратора, о т л и.ча юшийс я тем, что, сцельюповышения точности фильтрации, в него вве» цены последовательно соециненные первый блок задеря<к., перв11й дополнител ный блок сравнения, IIðóãoé вхоп которого соецинен с выходом первого интегратора, цополнительный цетектор знака, второй блок зацержки, первый блок умножения, другой вход которого соединен с выходом дополнительного детектора знакЬ, второй дополнительный блок срав нения, дополнительный интегратор, выход которого соединен также с пру1-! : BxoHQM второго дополнительного блока сравнения, третий цополнительный блок сравнения, другой в.-.оп которого соединен с выхоцом первого запатчика, первый дополни1 тельный масштабируюший усилитель и первый инвертор, включенные между выхопом первого интегратора и первым .входом второго сумматора, последивател1-.1Io соединенные третий блок зацержки и второй блок умножения, включенные между выхоцом детектора знака и вторым ВхоНоМ второго блока сравнения, причем второй о вхоц второго блока умножения =o;. пинен с выходом детектора знака, а также четвертый дополнительный блок;э.;:!;1IIe!Iия, включенный межцу выходом втор i!о интегратора и вхоцом первого масштабируюшего усилителя, второй вход четвертого дополнительного блока сравнения поцклн10
Источники информации, принятые во внимание при экю-.п. тазе
1. Патент Веникобритшпщ
% 1469605, кл. Н 036 11/08, IBT5.
2. Авторское свидетельство СССР
И 884082, кл. Н 03 Н 21/00, 1979 (прототип ) ..
9 1003302 чен к выходу второго зацатчика, второй дополнительный масштабируюший усилитель, включенный между выхоцом третьего дополнительного блока сравнения и вторым входом первого сумматора, и второй инвертор, включенный. между выходом второго масштабируюшего усилителя и вторым входом второго сумматора.
Составитель Т. Афанасьева
Редактор А. Фролова Техред А. Бабинец Корректор А. Ференц
Заказ 1587/43 Тираж 934 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113034, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент", г. Ужгород, yrr. Проектная, 4
