Цифровой рекурсивный фильтр

 

ЦИФРОВОЙ РЕКУРСИВНЫЙ ФИЛЬТР, содержащий две цепи, каждая Из которых состоит из блока сравнения, блока оценки дисперсии измерений и сумматора, отличающийся тем, что, с целью увеличения быстродействия фильтра, в каждую цепь введены два блока памяти и блок оценки приращений измеряемого параметра, при этом вход первого блока памяти каждой цепи объединен с первыми входами блоков оценки приращений измеряемого параметра и является соответствующим, входом устройства,, в каждой цепи выход первого блока памяти через последовательно включенные блок сравнения и блок оценки дисперсии измерений подключен к вторым входам блоков оценки приращений измеряемого параметра, в каждой цепи вход второго блока памяти объединен с другим входом блока сравнения и подключен к выходу сумматора , первый вход которого соединен i с выходом блока оценки приращений |измеряемого параметра, а второй (Л вход - с выходом второго блока памяти .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 03 Н 17 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) ?"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 347 4841/18-09 (22) 19.07.82 (46) 07.10.83. Вюл. 9 37 (72) Э.В, Борисов и Л.П. Котенко (53) 621 ° 372.544(088.8) (56) 1. Заявка ФРГ Р 2810496, кл. Н 03 Н 11/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

9 813701, кл. Н 03 Н 17/04, 1981 (прототип). (54) (57) ЦИФРОВОЙ РЕКУРСИВНЫЙ

ФИЛЬТР, содержащий две цепи, каждая из которых состоит из блока сравнения, блока оценки дисперсии измерений и сумматора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения быстродействия фильтра, в каждую цепь введены два блока памяти и блок оценки приращений измеряемого параметра, при этом вход первого блока памяти каждой цепи объединен с первыми входами блоков оценки приращений измеряемого параметра и является соответствующим. входом устройства,, в каждой цепи выход первого блока памяти через последовательно включенные блок сравнения и блок оценки дисперсии измерений подключен к вторым входам блоков оценки приращений измеряемого параметра, в каждой цепи вход второго блока памяти объединен с другим входом блока сравнения и подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока оценки приращений измеряемого параметра, а второй вход — с выходом второго блока па- мяти.

104691 Я

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для фильтрации результатов измерений двух функционально связанных параметров, например, дальности и скорости, которые выражены цифровым кодом.

Известен цифровой рекурсивный фильтр, содержащий первый и второй сумматоры, при этом один из первых входов первого сумматора образует вход фильтра, а выход второго сумматора образует его выход, выход первого сумматора соединен с входом второго сумматора, состоящего из двух последовательно соединенных элементов задержки 1).

Недостатком устройства является относительно низкая точность фильтрации двух функционально связанных параметров, например, скорости и дальности, поскольку для получения максимально точных оценок необходимо вести одновременную обработку результатов измерений дальности и скорости.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является нелинейный цифровой фильтр, содержащий две цепи, каждая из которых состоит иэ последовательно соединенных блока сравнения, двустороннего ограничителя, сумматора и нерекурсивного фильтра, выход которого подключен к другим входам соответствующего ему блока сравнения и сумматора, а также блока оценки дисперсии измерений, вход которого подключен к выходу соответствующего eMy двустороннего ограничителя, первый выход †. к входу соответствующего двустороннего ограничителя, второй выход — к управляющим входам нерекурсивных фильтров, причем, выход сумматора каждой из цепей подключен к другому сигнальному входу нерекурсивного фильтра другой цепи 2).

Недостатком устройства является относительно большое время фильтрации, обусловленное необходимостью хранения и обработки относительно большого объема измерительной информации в .нерекурсивных фильтрах, которая используется для получения оценок дальности и скорости на каждом шаге измерений.

Цель изобретения — увеличение быстродействия.

Для достижения поставленной цели в цифровой рекурсивный фильтр, содержащий две цепи, каждая иэ которых состоит из блока сравнения, сумматора и блока оценки дисперсии измерений, в каждую цепь введены два блока памяти и блок оценки приращений измеряемого параметра, при этом вход первого блока памяти каждой цепи объединен с первыми входами блоков оценки приращений измеряемого параметра и является соответствующим входом устройства, в каждой цепи выход первого блока памя5 ти через последовательно включенные блок сравнения и блок оценки дисперсии измерений подключен к вторым входам блоков оценки приращений измеряемого параметра, в каждой це10 пи вход второго блока памяти объединен с другим входом блока сравнения и подключен к выходу сумматора, первый вход которого соединен с выходом блока оценки приращений измеряемого параметра, а второй вход — с выходом второго блока памяти.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема цифрового рекурсивного фильтра, на фиг. 2 структурная электрическая схема блока оценки приращений измеряемого параметра.

Цифровой рекурсивный фильтр (фиг. 1) содержит две цепи, каждая иэ которых состоит из последовательно соединенных блока 1 (2) памяти, блока 3 (4) сравнения, блока 5 (6) оценки дисперсии измерений, блока

7 (8) оценки приращений измеряемого параметра, второй вход которого подключен к входу блока 1 (2) памяти, сумматора 9 (10), выход которого, подключен к другому входу блока 3 (4) сравнения, и блока 11 (12) памяти, 35 выход которого подключен к другому входу сумматора 9 (10). При этом выход блока 5 (6) оценки дисперсии измерений каждой из цепей подключен к входу блока 7 (8) оценки приращений измеряемого параметра другой цепи.

Блок 7 (8) оценки приращений измеряемого параметра (фиг. 2) содержит генератор 13 опорных сиг 45 налов, перемножители 14-15, накопители 16-21, сумматоры 22-23 и вычислительный блок 24.

Рекурсивный цифровой фильтр работает следующим образом.

Результаты измерений дал:-ности

S> и скорости V. в моменты времени поступают на соответствующие входы цифрового рекурсивного фильтра (фиг. 1). Примем, что измерения дальности и скорости характеризуются несмещенными ошибками измерений с дисперсиями 5 и 6„+ соответственно.

Результаты измерений заносятся

60 в соответствующие им блоки 1 (2) памяти, представляющие собой регистры записи числа, и в.блоки 7 (8) оценки приращений измеряемого параметра. При поступлении в блоки 1 (2), 65 памяти очередных измерений, посту1046916

20

30

45

60

» " 4 4(-20 (»»»-»)дaz д 0

65 пившие ранее в блоки 1 (2) памяти результаты очередных измерений стираются. Блоки 7 и 8 оценки приращений измеряемого параметра имеют одинаковую структуру и отличаются лишь алгоритмом работы вычислительного блока 24.

Блок 7 оценки приращений измеряемого параметра, принадлежащий цепи оценки дальности, работает следующим Образом.

На вход перемножителя 14 и накопителя 16 поступают результаты измерений дальности S накопителя

18 — результаты измерений скорости Ч. перемножителя 15 и накопи1 теля 19 — оценки дисперсии измерений скорости 0, а на вход накопителя 21 и сумматора 22 - оценки дисперсии измерений дальности. Одновременно с этим на вход вычислительного блока 24 поступают результаты измерений дальности S„, ско рости V. è оценка дисперсии измере1

g ний скорости Gv . Ha другие входы перемножителей 14 и 15 поступают сигналы t соответствующие моментам измерений дальности и скорости.

В результате на выходе перемножителя 14 имеет сигнал S„-t„, который поступает на вход вычислительного блока 24 и накопителя 17, а на выходе перемножителя 15 — сигнал который также поступает на вход вычислительного блока 24 и одновременно в накопитель 20 ° Сигналы с выходов накопителей 16-20 поступают на входы вычислительного блока

24. Кроме того, сигналы с выхода накопителя 20 поступают на вход

»сумматора 23, с выхода накопителя

21 — на другой вход сумматора 23, а с выхода перемножителя 15 — на вход накопителя 20. B результате, на входах вычислительного блока 24 имеем следующую совокупность сигналов на момент прихода m-ro измерения: » -5„, д» = „, „„,д (=Ч;

11(m-1)= Z "»„; (,,{»»-1)=К 5,(.

v„

2

С 4("»») ч Х Х б ч„„

Вычислительный блок 24 определяет приращение параметра Ь$»»,.по следующему алгоритму.

Определяется вспомогательный параметр

Далее определются параметры д(тл-c)=a„(vn»)а4 (l»»-1) àг(»-1) az(m-1)+h a g, С {»»»-»)-а, {»»»-1)/д(»»»-1), д(щ-»)+ э

- »-14()+дa4

4- д () ° (-4(»-1) =a+(m 1)/д(»»»-1).

На основании этого вычисляются

10 коэффициенты д А» д 4 ч, > Р > = д Сг бч, h A -- д С а

А» (m-1)= С4 (l»»- »)0 ll

А2(Ф-1) =-Ct(m- ») 0 ч, AS(m-1) =-С (И» 1)Ыф.

В результате окончательно .определяется оценка приращения дальности на ill-ом шаге измерений »5A×(> 1)д +дА) g (m-1)»дА дg )

В блоке 8 оценки приращений измеряемого параметра вычислительный блок 24 работает по следующему алгоритму.

Определяются. значения параметров у и д(в- 1) по приведенным выше зависимостям. Далее последовательно вычисляются параметры

a»(m-» + дь

ЬС,= —, С, (in-1) =а, tIn-1)/Ь (hl- I)

Д (»»»-1)+ Э

ДВ1--ДС2С4ДВ,=-аС„(- ДВ,-ДС„С-,, Ь1(ъ»= С2Ь»-1)0Ф,8,2(m-1)=С„(а 1)O„

Q(m-»)= С» (m-1) 5

5.

На основании этого окончательно определяют оценку приращения скорости на m-oM маге измерений ъ »»"-. СЬ Ь»-1)Ь +д - (1) дЯ g,3

Сигналы с выхода каждого из блоков 7 (8) оценки приращений изме ряемого параметра поступают на вход соответствующего им сумматора 9 (10), на другой вход которого поступает задержанная в блоке 11 (12) памяти оценка параметра $(,„ „)(Ч(), полу»(ченная на предыдущем шаге измерений», В результате на выходе сумматора

9 (10) каждой из цепей образуется соответствующая оценка дальности

S S » + д$1»» и скорости % %

= Р», + hV, Результаты оценок через блоки

11 (12) памяти поступают на выход фильтра. Одновременно с этим сигналы с выхода сумматора 9 (10) каждой цепи поступают на вход соответствующего блока 3 (4) сравнения, на другой вход которого поступают результаты измерений параметра.

1046916

Составитель Т. Афанасьева

Редактор Е.,цушникова ТехредМ. Гергель Корректор A.Èëüèí

Заказ 7750/55 тираж 936 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений И открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Результаты сравнения возводятся в квадрат и усредняются по результатам нескольких сравнений в блоке

5 (6) оценки дисперсии. В результате с выхода блока 5 (6) в блок

7 (B) поступают необходимые оценки

2 дисперсии ошибок измерений (>з (б ).

Этим самым обеспечивается адаптация фильтра к измерению точности измерений параметров, что обеспечивает повышение точности фильтрации.

Таким образом, благодаря введению новых блоков и связей увеличивается быстродействие фильтра при фильтрации двух функционально связан ных параметров (дальности и скорости), поскольку обеспечивается рекурсивная оценка параметров на каждом шаге измерений только по результатам измерений этих параметров на данном шаге и оценки параметров, полученных на предыдущем шаге измерений. При этом все необходимые вспомогательные величины

10 определяются рекурсивно, что исключает необходимость хранения и обработки больших массивов измерительной и вспомогательной информации.