Корреляционный фильтр

 

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ФИЛЬТР, | содержащий первый и второй цйфррана логовые преобразователи, первый и второй компараторы, генератор превдослучайных чисел, генератор такто вых -импульсов и накапливаквдий сумчматор , выход которого является ин , формацйонным выходом фильт1 а, причем выхода первого и второго цифроаналоговых преобразователей средине вы с первыми входами соответственно первого и второго компараторов. .вторые входы koтopыXvOбъe шнeны и являются первым информационньад входом филЬтра, а-выход, генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами дервого и второго компараторов, о т ли ч а ю щ ийс я тем,, чтоj с целью повышения его быстродействия и упрощения, он ,; одержит сумматор, первый и второй вычитатели, причем выходы первого . вычитателя и сумматора соединены с входами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей , первые входы первого вычитателя и сумматора объединены и являются вторым информационным входом фильтра, выходам первого и второго icoMnapaTOров соединены со (/ ответственно с nepBblM и вторым входами второго вычитателя, выход которого подключен к управляющему входу накапливающего сумматора, информационный вход которого соединен а с вторлми входами первого вычитателя и сумматора и подключен к выходу генератора псевдослучайных чи . сел.. ....... .. . .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Н 17/06.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСВ ВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

; (.21) 3402535/18-24 (22) 26.02.82 (46) 07.02 84. Бюл. Р 5 (72) И.Я. Билинский, Н.З. Гутман, А.К. Микелсон, Ю.В. Осокин и Л.П. Петерсоне (71) Институт электроники и вычислительной техники АН Лат. CCP (53.) 681.32(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 557372 кл. Н 03 Н 17/06., 1974.

2. Авторское свидетельство СССР-. по заявке Р 2873459/18-24, . кл. Н 03 Н 17/06, 01 .07.80 (прототип) .: (54)(57) КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ

:содержащий первый и второй цифроана логовые преобразователи, первый и второй компараторы, генератор псев- дослучайных чисел, генератор такто вых .импульсов и накапливающий сумматор, выход которого является нн» формационным выходом фильтра, причем выходы первого и второго цифроаналоговйх преобразователей соединены а первыми входами соответствен» но первого и второго компараторов, „„SU„.. 2 1 A,вторые входы которых объединены и . являются первьм информационным входом филЬтра,. а"выход генератора тактовых импульсов соединен с управляющими входами первого и второ« го компараторов, о т л и ч а ю щ ийс я тем,. что, с целью повышения его быстродействия и упрощения, он ,содержит сумматор;.первый я второй вычитатели, прячем выходы первого вычитателя и сумматора соединены с входами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразо. вателей, первые входы первого вычитателя и сумматора объединены и являются вторым информационным входом фильтра, выходы первого и. второго.. компараторов соединены .со- @ ответственно с первым и вторым вхо- f дами второго вычитателя, выхоц ко- ФУ торого подключен к управляющему вхо- ду накапливающего сумматора, информационный вход которого соединен с вторыми входами первого вычитателя и сумматора и подключен к выхо- ду генератора псевдослучайных чисел.: 1072251

Изобретение относится к вычис-, лительной технике, а именно к устройствам для обработки информации специального назначения, и может быть использовано в различных областях науки и техники.

Известен цифровой фильтр, содержащий блок дискретизации, аналого цифровой преобразователь, элементы задержкк, умножители на постоянный коэффициент, сумматор, преобразователь аналог — частота и счетчик.

Входной сигнал фильтра преобразуется в дискретную форму и через последовательные элементы задержки и умножители на весовые коэффициенты поступает на сумматор и далее на счетчик, где к выходной сумме досчитываются импульсы с преобразователя аналог — частота. Выходной сигнал фильтра формируется в счетчике Ã1 °

Указанный цифровой фильтр имеет низкое быстродействие вследствие .большого времени установки аналогоцифрового. преобразователя и затрат времени на умножение многоразрядных чисел.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является . коррелометр, содержащий блок накопления, два блока согласования, ; входы которых. являются соответственно первым и вторым входами корреломет- . ра, выход каждого блока согласования соединен с первым входом соответствующего блока компараторов, второй вход которого подключен через соответствующий цифроаналоговый преобразователь к выходу соответствующего генератора случайных чисел, выход первого блока компаратора 4ерез блок задержки соединен с первым входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выхо-ду второго блока компараторов, тактирующие входы первого и второго блоков компараторов и блока задержки подключены к выходу тактового генератора, третий генератор случайного числа, блок постояНной памнти, трн сумматора,. второй и третий блоки умножения, первые входи которых подключены к.выходам первого и второго сумматоров соответственно, Вторые входы второго и третьего блоков. умножения подключены соответственно к выходам второго блока компараторов и блока задержки, первые входы первого и второго сумматоров соединены с.выходом постоянной памяти, а вторые входы подключенЫ соответст венно .к выходам третьего и второго генераторов случайных чисел, выходы блоков умножения подключены к соответствующим входам третьего сумматора, выход которого подключен к входу блока накопления.

Этот коррелометр определяет оценку каждой точки К„„(mа ) корреляци.-. онной функциИ К„ (i) Сигналов х (t) и y(t) по алгорйтму л

K (IhxIt I-- — (— — Ih + .ф -- П + х N „--(, к-пi г/ чк i к 2I х{к-tn)

th к(К-ml ук), где Q - половина диапазона измерения сигналов х (t) и у (с); я - количество циклов измерения каждой точки, 15 1 („, )„ — взаимно независимые равномерно распределенные в интервале (0,1) псевдослучайные числа, m - количество тактов задерж» ки одного сигнала относи тельно другого, "xK, nK- результат сравнения вход ных сигналов х (t) и у (t ) с соответстврн25 ными псевдослучайными числами; дТ - интервал дискретиэадииГ2)..

Однако известный коррелометр характеризуется низким быстродейст.щ вием, так как время, необходимое для вычисления выходного сигнала . K х (та7) в каждом такте измерения, распределяется на определение от.дельных слагаежх

20 иь„()Ип) „ и на определение общей суммы. Если это. время сравнимо с интервапом дискретизации ЬФ ., то появляется дополнительная задержка в образовании выходного сигнала,.

Кроме того, коррелометр требует значительных затрат. Оборудования,. так как определяет взаимную корреляцию сразу в 100 точках, а также применения взаимно неэависимис ге-нераторов псевдослучайных, чисел в каждом канале

Цель изобретения - повышение

50 быстродействия и упрощение корр я ционного фильтра.

Указанная цель достигается, тем, что корреляционный фильтр, содержащий первый и второй цифроанало55 говые преобразователи, первый и вто» рой компараторы, генератор псевдослучайных. чисел, генератор тактовых импульсов и накапливающий сумматор, выход которого является ин60 формационню выходом фильтра, причем выходы первого и второго цифроаналоговых преобразователей соединены с первыь|и входами соответст.венно первого и второго компараторов, 65 вторые входы которых объединены и

1072251

55 (.6 ) бО

3 являются первым информационным входом фильтра, а выход генератора тактовых импульсов соединен с управлякщими входами первого н второго компараторов, содержит сумматор, первый и второй вычитатели, причем выходы первого вычитателя и сумматора соединены с входами соответственно первого и второго цифроаналоговых преобразователей, первые входы первого.вычитателя и сумматора 1О объединены и. являются вторым информационным входом фильтра, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами второго вычитателя, вы- 15 ход которого подключен к управляющему входу накапливающего сумматора, информационный вход которого соединен с вторыми входами первого вычитателя и сумматора и подключен 7П к выходу генератора псевдослучайных чисел.

Вновь введеиные узлы н связи позволяют реализовать новый алгоритм фильтрации, в котором используется .принцип суммирования-вычитания случайного вспомогательного сигнала,,позволяющий определить выходной сигнал фильтра с меньшими затрата ми времени.

На чертеже изображена блок-схе ма корреляционного фильтра.

Корреляционный фильтр содержит компараторы 1 и 2, цифроаналоговые преобразователи 3 и:4, генератор 5 тактовых импульсов, вычислитель б,.: сумматор 7, генератор 8 псевдослучайных чисел, .накапливающий сумматор 9 и вычитатель 10.

Предлагаемый корреляционный фильтр реализует новый алгоритм фильтрации и = —. Е lf и (2) ги1 кк где x У - оценка взаимокорреляцион45 ной функции входного сигнала X(t) и фильтрующего сигнала y(t);

Q - диапазон изменения вход-.. ных сигналов z(.t) и уй);

N — число отсчетов;

- псевдослучайное число, равномерно,.распределенное в интервале (О, 1 ) п„ - определено далее функцией (6).

Выражение (2) получаетбя, если реализовать формулу эуется не только результат сравнения сигнала со вспомогательным уровнем, но и значение самого вспомогательного сигнала. В фильтре имеется два канала квантования . В одном канале квантуется сигнал х .(t ) +

+ V (Ф), в другом х (t) — у (t)

Оценки квантОванных сигналов определяются согласно формулам: Кк кк (к 1к) (4) где я - половина диапазона изменения сигналов х (4) + у (t) их (t ) — x (t ), те.-ч. с х (t ) + y (t ) с с и. -с c x (t ).У(1 ) «, или — — сх(6)с — — — с у (<)(— ч

2 2 2 2 п „ - результат сравнения сигнала x(t) + х(-t) с соответствующим опорным уровнемфкф

11ХФЯ7q fê

1к

0)x+sf < с), и „- результат сравнения сигнала х(С) — y(t) с соответствующим опорным уровнем @ф

1 X-vfyq,f к2

2к О (х- («((„

1. Квантование проводится одновременно в диапазонах (О,q и (0,- ),)

Положительные значения сигналов сравниваются с уровнями ф к, а отрицательные - с уровнем - ) к.

При стохастическом квантовании второго рода возведение в квадрат осуществляется следующим образом:

2 М (х ) = — „. Е. „ „„ л 2 гф

2 г г") (й (х-м) = „

Тогда при подставлении формулы (5) в выражение (3} получается формула (2),, которая описывает, принцип действия корреляционного. фильтра причем . = и ) к - йгк °

1 при j к+Я >ifÄ „

-1 hPH )Х+М)ОЯк )X Я) <@, )X+>t< (I Х-У)<

0 npg

"" "%Ь )" ")"Ю

Х к 4 Г(Х+У) (Х-z) Я (3) и использовать стохастическое квантование второго рода,.в котором для определения оценки сигнала исполь.-

Практически при квантовании сравнивается не сигнал x)t) + y(t) и опорным уровнем + fy а сигнал б5 x(t) с разностью с@к -у„. Па резуль1072251

ВНИИПИ Заказ 144/51 Тираж 862 . Подписное

° атее

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 тат сравнения такая перестановка не влияет, но в таком случае сигнал y(t) можно представить в дискретной форме и изменить аналоговое сложение х (t ) + у (t ) дискретным вычитанием сф„, — у, т.е. возможно применение дискретного фильтрующего сигнала у ° Это позволяет применить

ЭВМ при формировании фильтрующего сигнала.

Таким образом выполнен и второй канал квантования.

Новый алгоритм фильтрации (2) является достаточно простыч, так как требует увеличить или уменьшить или вовсе не менять содержание арифметического устройства на величину текущего значения псевдослучайного числа „ в зависимости от значения и„.

Кроме того отпадает необходимость определения отдельных. слагаемых, которые требуют как определенных затрат времени, так и затрат оборудования.

Указанный алгоритм реализуется в корреляционном фильтре следующим образом. Исследуемый сигнал x(t ) поступает на первые входы компараторов 1 и

2. На второй вход компаратора 1 через цифроаналоговый преобразователь

3 с вычитателя 6 поступает разность между псевдослучайным уровнем(„ч, и текущим значением фильтрующего сигнала у„. Коды числа +(„и у„поступают на вход сумматора 7,.где суммируются. Эта сумма передается в цифроаналоговый преобразователь 4, 5 где преобразуется в аналоговую форму, и далее поступает на второй вход компаратора 2, Таким образом, в компараторе 1. сравнивается сигнал

x(t) a уровнем Я» - у, .в компара30 торе 2 — сигнал x(t ) с уровнем*ф„Ф у . Результаты сравнения и и и „, которые являются одноразрядными чис. лами, поступают на входы вычитателя 10, где определяется код значе)5 йия n, который с выхода вычитателя 10 поступает на вход накапливающего сумматора 9. В зависимости от значения и к в накапливающем сумматоре 9 пройсходит сложение или . вычитание текущего значения „с ранее в других тактах фильтра накопленным содержимым накапливающего .сумматора 9. Если п = О, то содержимое накапливающего сумматора 9 не меняется. Таким образом, после N тактов работы фильтра в накапливающем сумматоре 9 накоплен выходной результат.

Предлагаемый корреляциоцный .фильтр по сравнению с прототипом имеет более высокое быстродействие и требует меньше аппаратурных затрат.