Нелинейный цифровой фильтр

 

НЕЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР по авт. св.. 951654, о т л и ч а гоад и и с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него . введены последовательно соединенные дополнительный блок сравнения и дополнительный нерекурсивный фильтр, а также-п дополнительных сумматоров, при этом первый вход дополнительного блока сравнения подключен к выходу нерекурсивного фильтра,, второй вход-к-выходу , генератора стандартных сигналов , выход дополнительного нерекурсивного фильтра подключен к первому входу t-го, где т 1,2,,..,h, дополнительного, сумматора, второй вход которого соединен с в.ыходом генератора стандартных сигналов, а выход - с входом i-го блока сравнения . .... , . ; .

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1042162 А

3(50 Н 03 Н 1 7/04

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTHA (61) 951654 (21! 3346377/18-09 (22) 02.10 .81 (46> 15.09.83. Бюл. Р 34 . (72} Э.В.Борисов (53) 621.396.66 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 951654, кл. Н 03 Н 17/04, 1980 (прототип). (54)(57 ) НЕЛИНЕЙНЫЙ ЦИФРОВОЙ ФИЛЬТР по авт. св..9 951654, о т л и ч а.юц и и с я тем, что, с целью повышения точности фильтрации, в него введены последовательно соединенные дополнительный блок сравнения и дополнительный нерекурсивный фильтр, а также и дополнительных сумматоров, при этом первый вход дополнительного блока сравнения подключен к выходу ,нерекурсивного фильтра, второй вход— к-выходу генератора стандартных .сигналов, выход дополнительного нерекурсивного фильтра подключен к первому входу i -го, где i=1,2,...,h, дополнительного, сумматора, второй вход которого соединен с высодом генератора стандартных сигналов, а выход — с входом i-го блока сравнения.

1042162

Изобретение относится к радиотех-1 . нике и может быть использоваНо при фильтрации результатов измерений физического параметра, выраженного цифровым кодом.

По основному авт. св. Р .951654 известен нелинейный цифровой фильтр, содержащий последовательно включенные блок сравнения, двусторонний ограничитель, сумматор и нерекурсивный фильтр, выход которого подключен IO к другим входам блока сравнения и сумматора, и и каналов, каждый из которых состоит иэ последовательно.соединенных i --x (где . =1,2,„.,n) двустороннего ограничителя, сумма- 15 тора, блока сравнения, квадратора, нерекурсивного фильтра, а также блока определения минимального сигнала и 1-х блоков ЗАПРЕТА, при

Ф этом к другим входам 1-х блоков срав-; О нения каждого канала подключены выходы генератора стандартных сигналов, другие входы i -х сумматоров каждого канала соединены с выходом нере,курсивного фильтра, входы i- õ дву. сторонних ограничителей каждого ка.нала объединены и подключены к выходу блока сравнения, а выходы i-x блоков ЗАПРЕТА каждого канала — к управляющему входу двустороннего ограничителя (1 ).

Недостатком этого устройства является относительно низкая точность фильтрации при переменной точ.ности измерений и наличии аномальных ошибок измерений, обусловленная пос- З5 тоянством сигналов на выходе генератора стандартных сигналов, устанавливаемых на основе априорных данных о систематическом изменении величины измеряемого параметра. 40

В ряде прикладных задач, например! при измерении параметров траектории космичесхих объектов наблюдается смещение траектории. Это приводит к изменению со временем параметров 45 траекторйи не только на систематическую априорно известную величину, но и на априорно. неопределенную случайную, медленно:меняющуюся величину. Однако в известном устройстве не предусмотрена его соответствующая коррекция, учитывающая это рас,,пространенное явление, что снижает . точность фильтрации.

Целью. изобретения является повышение точности фильтрации..

Для достижения цели в нелинейный цифровой фильтр введены последовательно соединенные дополнительный блок сравнения и дополнительный нерекурсивный фильтр, а также и допол- ® иительных сумматоров, при этом пер» вый вход дополнительнога блока сравнения подключен к выходу нерекурсивного фильтра, второй вход - к выходу генератора стандартных сигналов, вы- 65

2 ход дополнительного нерекурсивного фильтра подключен к первому входу

i-ro (где i = 1,2,...,n) дополнительного сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора стандартных сигналов„ а выход - c входом i-ro .блока сравнения..

На чертеже представлена стрУктурная схема нелинейного цифрового фильтра.

Схема содержит последовательно включенные блок 1 сравнения, двусторонний ограничитель.2, сумматор 3 и нерекурсивный фильтр 4, выход которого подключен к другим входам сумматора и блока сравнения, Л каналов, каждый из которых состоит иэ последовательно соединенных двустороннего ограничителя 5 (где i = 1,...,ri), сумматора б-i, другой выход которого подключен к выходу нерекурсивного фильтра 4, блока сравнения 7- 1, квадратора 8

-i и нерекурсивного фильтра 9 выход которого через блок 10 определения минимального сигнала соединен с управляющим входом блока

11 — 3 ЗАПРЕТА, информационный. вход которого подключен к другому выходу двустороннего ограничителя 5 последовательно соединенные дополнительный блок 12 сравнения, вход которого подключен к выходу нерекурсивного фильтра 4,. и дополнительный нерекурсивный фильтр 13, выход которого подключен к входам и дополнительных сумматоров 14, выход каждого из которых подключен к входу соответствующего ему блока 7 сравнения, а также генератор 15 стандартных сигналов, выход которого подключен к другому входу дополнительного блока 12 сравнения и другим входам сумматоров 14 -1, при этом входы двусторонних ограничителей

5 -i объединены и подключены к выходу блока 1 сравнения, а выходы блоков 11 — 1 .ЗАПРЕТА — к управляющему входу двустороннего ограничителя 2.

Нелинейный цифровой фильтр работает следующим образом.

В установившемся режиме при отсутствии аномальных искажений, постоянной точности измерений и отсутствии случайных изменений измеряемого параметра результаты измерений через блок 1 сравнения, двусторонний ограничитель 2 и сумматор 3 поступают в нерекурсивный фильтр 4, который работает как обычный усреднитель. При этом отрицательная обратная связь от нерекурсивного фильтра 4 к блоку 1 сравнения компенсируется положительной обратной связью от нерекурсивного фильтра 4 к сумматору 3. В этом случае на выходе нерекурсивного фильтра 4 имеем сколь.1042162

I Составитель Т Афанасьева

Редактор И. Келемеш .Техред Ж. Кастелевич Корректор О. Тигор

Заказ 7146(56 Тираж 93б; Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета. СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, X-35, Уаушская наб., д. 4/5

» Ю ФЮ» »»»

Филиал ППП "Патент", г. Уйжрод, ул. Проектная, 4.зящую интервальную оценку величины измеряемого параметра по результатам некоторого числа измерений.

Одновременно. с этим сигналы с выхода блока 1 сравнения поступают на входы двусторонних ограничителей 5 - i, имеющих различные величины порогов. Сигналы с выходов ограничителей 5 — 1 суммируются в сумматоре б - т с выходньм сигналом нерекурсивного фильтра 4.Таким образом, на выходе сумматора б - имеем оценку величины измеряемого параметра с учетом действий двусторонних ограни« чителей 5 — i с разными .порогами ограничений. Эти оценки сравнивают- $5 ся в блоке 7 - i.ñðàâíåíèÿ с сигналом генератора 15, который представляет собой априорную величину измеряемого параметра и поступает на вход блока 7 - i сравнения через сумматор 14 - 3 . Разностные сигналы с выхода блока 7 — i сравнения возводятся в квадрат в-квадраторе . 8 - и усредняются в нерекурсив-, ном фильтре 9 - i на выходе которо:го имеем интервальную скользящую оценку разности между априорно известным значением параметра и оцен-. .ками,его значения с учетом различ-. ных значений порогов ограничений ограничителя 5- i. В блоке 10 определяется минимальный сигнал с выходов нерекурсивных фильтров 9 - 1 и передается сигнал на открытие того блока . 11 -i ЗАПРЕТА, который соответст--вует нерекурсивному фильтру 9 - . 35 с минимальным сигналом. Через открытый блок 11 -т ЗАПРЕТА на управляющий вход двустороннего ограничи, теля 2 подается сигнал о значении порога ограничителя с выхода того дву« 40 стороннего ограничителя 5 -, кото ,рый соответствует нерекурсивному фильтру 9 - i с минимальным сигналом.

Таким образом, происходит оптималь.ная подстройка пороговых уровней двустороннего ограничителя 2 по критерию минимума средней квадратиче ской оши бк и.

В результате, если на вход фильтра поступает результат измерения с ано1 мальной ошибкой, то в двустороннем ограничителе 2 происходит ограничение сигнала и ему: присваивается значение верхнего или нижнего порога. Это приводит к повышению точ- . ности фильтрации результатов измерений параметра, причем за.счет оптимальной подстройки порога ограничителя 2 при наличии аномальных ошибок и переменной точности измерений повышается точность фильтрации, поскольку порог ограничителя адаптируется .к переменным характеристикам результатов измерений.

Кроме того, сигналы с выхода нерекурсивного фильтра 4, которые представляют собой оценку величины измеряемого параметра, сравниваются в блоке 12 сравнения с сигналом от генератора 15, соответствукщие априорным данным о величине измеряемого параметра. Результаты сравнения усредняются а нерекурсивном фильтре 13,-сигнал на выходе которого соответствуют интервальной скользящей оцейке разности между, априорными данными о величине измеряемого параметра и его оценкой.

При наличии случайных, медленно меняющихся приращений величины измеряемого параметра относительно его априорного значения сигнал на выходе нерекурсивного фильтра 13 отличен от нуля и суммируется в сумматорах

14 "i с сигналами от генератора 15.

Таким образом, на входы блоков сравнения 7 -i поступают уточненные (по сравнению с априорными ) значения измеряемого параметра, использование которых в процессе работы фильтра повышает его точность.