Цифровой фильтр

 

ЦР|ФР.ОВОЙ ФИЛЬТР, содержащий первый сумматор, выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига, выход первого разряда которого подключен к первому входу первого сумматора, второй регистр сдвига, информационный выход которого является инфор . мационным выходом фильтра, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первый и второй вычитатели, и второй сумматор, выход которого подключен к информационному входу BTopoto регистра, выход 1-го (где -коэффициент фильтра) разряда которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого разряда .второго регистра сдвига, выход (-И)-го разряда которого подключен к первому входу второго , выход которого подключен к второму . входу первого вычитателя, выход ..t-.ro разряда первого регистра сдвига подключен к второму входу первого вычитателя, а второй вход второго вычитателя является информацион,- cs ным входом фильтра.

CO)03 COBETCHHX

СОЦИАЛ ИСТИЧЕО.(ИХ

РЕСПУБЛИН (21) 3643915/24-24 (22) 14 ° 09.83 .(46) 07..12.84. Бюл. ф 45 (72} А,.В.Стакло, Д И.Поляков и Ф.В.Зминов (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки (53). 681.32(088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 356644, кл. G 06 F 15/353, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР

9 412606, кл. Н 03 Н 17/04, 1974.

З.Авторское свидетельство СССР

Р 46313.5, кл. Н 03 Н 17/04, 1976 (прототи). (54).(57) Ц) ФРОВОЙ ФИЛЬТР, содеРжащий первый сумматор, выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига, выход первого разряда которого подключен к первому входу первого сумматора, .второй регистр сдвига, информационЗСЮ G 06 F 15/353; Н 03 Н 17 04 ный выход которого является информационным выходом фильтра, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены первый и второй вычитатели, и второй сумматор, выход которого подключен к информационному входу второго регистра, выход t-го (где

2 -коэффициент Фильтра) разряда которого подключен к первому входу первого вычитателя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого разряда ,второго регистра сдвига, выход (1 +1)-го разряда которого подключен к первому входу второго Вычитателя, Я . выход которого подключен к второму входу первого вычитателя, выход .6 "го разряда первого регистра сдви- . ra подключен к второму входу перво- (ro вычитателя, а второй вход второго вычитателя является информацион- д ным входом фильтра.

1128265

Изобретение относится к аппаратуре для измерения и цифровой обработки в реальном. времени информации, поступающей от цифровых геофизических датчиков, в частности от цифровых гравиметров.

Выходной сигнал цифровых датчиков из-за их высокого быстродействия осложнен высокочастотными помехами.

Цифровая обработка в реальном времени фильтрами, близкими к оптимальным, позволяет провести сжатие данных, сократить количество информации, вЫдаваемой на регистрацию без искажения полезного сигнала, а также да-. ет возможность непосредственно во время наблюдений оценивать качество .получаемого материала даже в условиях воздействия на датчик интенсивных помех.

Известен цифровой фильтр, содержащий схему деления входного кода, .схемы формирования параметров фильтрации, схему умножения, сумматор, схему запоминания предыдущего значения кода, схемы И, схемы ИЛИ, схемы деления с запоминанием, устройство анализа динамической погрешности.Фильтр работает по рекурсивной схем.е. Предыдущее значение выходного сигнала содержится в схеме запоминания. В очередном цикле вычислений это значение складывается" с выходным сигналом схемы деления с запоминанием, при этом параметр сглаживания, определяющий постоянную времени, вычисляется схемой формирования параметров фильтрации (1 J. . Недостатками данного устройства являются невысокое качество фильтрации, сложность фильтра из-за наличия схем умножения, деления и запоминания предыдущего-значения кода, а также малое быстродействие из-за длительности процессов умно-, жения и деления.

Известно цифровое сглаживающее устройство, сод ржащее (и+2)-разрядный сумматор, i -разрядный регистр, триггер, элементы И, ИЛИ. Выходы старших разрядов сумматора связаны с соответствующими входами регистра, а выходы регистра — с младшими разрядами сумматора через элементы

ИЛИ (.2 3.

Данное сглаживающее устройство имеет низкую эффективность. фильтрации, параметры которой задаются конструктивным способом, что при параллельной структуре фильтра влечет необходимость сложной коммутации для его перестройки. Работа в обратном коде уменьшает быстродействие из-за циклического переноса единицы.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае55

В предлагаемом изобретении вместо запоминания предыдущего кода во втором регистре, как это делается в известном,запоминается вспомогательная величина, что превращает фильтр в систему второго порядка.

На чертеже приводится функциональная блок-схема предлагаемого цифрового фильтра.

Фильтр содержит вычитатель 1, сумматор 2, регистр 3 сдвига, вычитатель

4, сумматор 5, регистр б сдвига. Суммому эффекту является цифровой фильтр низких частот, который содержит первый регистр сдвига, соединенный с ним последовательно сумматор, выход которого подключен к входу регист5 ра, второй регистр сдвига. Регистры выполняют роль элементов задержки.

Коэффициент фильтрации задается конструктивным путем — использованием промежуточного выхода регистра. I0 Вычисления производятся в обратном коде. Устройство реализует решение уравнения первого порядка рекурсивным способом с запоминанием .в регистре предыдущего результата.Вычис15 ления в запись в регистр разделены во времени(3).

Известный цифровой фильтр имеет малую эффективность фильтрации, а увеличение порядка фильтра, запо20 минание промежуточного результата и разделение вычислений во времени снижают его быстродействие.

Цель изобретения является повышение быстродействия устройства.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой фильтр, содержащий первый сумматор, выход которого подключен к информационному входу первого регистра сдвига, выход первого разряда которого подключен к .первому входу первого сумматора, второй регистр сдвига, информационный выход которого является информационным выходом фильтра, введены первый и второй вычитатели, и второй сумматор, выход которого подключен к информационному входу второго регистра, выход .0-го (где 2 -коэффициент фильтра) разряда которого подключен к первому входу первого

40 вычитателя, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого разряда второго регистра сдвига, выход (+1)-го

45 разряда которого подключен к первому входу второго вычитателя, выход которого подключен к второму входу первого вычитателя, выход 3-ro разряда первого регистра сдвига подклю50 чен к второму входу первого вычитателя, а второй вход второго вычитателя является информационным входом фильтра.

1128265

Т, 2kT

Ц т . CI

g.1 6 2 ь

Составитель A.Баранов

Техред Л.Коцюбняк

Корректор Л.Пилипенко

Подписное

Редактор A.Ãðàòèëëo

Заказ 9063/37 Тираж 698

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-. 35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä, ул.Проектная, 4

Ф маторы и вычитатели — одноразрядные комбинационные.

Устройство работает следующим образом.

В предлагаемом цифровом фильтре реализуется алгоритм решения разност ного уравнения второго порядка в отличие от известного решающего уравнение первого порядка.

Уравнение второго порядка для предлагаемого фильтра имеет вид

Т, 2 т

? т»=х()т), (1) гдето,< -йараметры фильтрации;

Т-время единичной эадержкиу х,У -текущие значения входного и. выходного сигналов;, ,д -конечные разности, соответстг венно ь . = ч() т+ 2т)-2 у () т+т)+ ()т)сп = ч() Т+т) -> (мт).

Уравнение первого порядка для известного устройства имеет вид:

I . — л = х(кт) .

Т

В предлагаемом фильтре алгоритм решения уравнения (1) реализуется в виде

xôÒ+ò)-м„у(kT)t z(kT) =z (кт+т) . 2() т)- () т)+ () т)=ч(кт т), Г . где Ф:-промежуточная величина;

Отличительнбй особенностью предлагаемого устройства является построение на двух регистрах фильтра второго порядка, в то время как известное устройство на тех же двух регистрах имеет первый порядок

При оптимальном значении 1 = 0,707 используемые коэффициенты различаются ровно в два раза. Это позволяет задать их в виде . -0-)

CI1 =2

4 =2 г т.е. дает возможность заменить умно. жение более простой и быстрой опера-. цией сдвига на соответствующее чис ло разрядов.

Устройство работает следующим

5 образом.

Регистры фильтра имеют по n+F41 разрядов, в и разрядах хранятся вычисленные величины, остальные разряды используются для осуществле10.,ния умножения путем сдвига.

Пусть после К-ой рекурсии в ре» гистре .6 хранится К-ое значение выходного сигнала, а в регистре 3

K --oe значение промежуточной вели15 чины Z . .С началом следующего цикла вычислений .коды в регистрах продви-. гаются в сторону младших разрядов.

На выход и обратную связь в сумматор

5 поступает код с первого разряда регистра 6. На вычитатель 1 посту.— пают код входного сигнала х(кт+т) и код с (1+1) -го разряда регистра 6, идущий на 1+1 тактов ранее т.е. умноженный на величину 2 . На второй вычитатель 4 соответственно поступает код с 2 разряда, т.е. Ум- . ноженный на 2 . На второй вход вычитателя 4 поступает код из регистра 3, также умноженный на 2 . На сумматор 5 величина Z снимается с

З0 первого разряда регистра 3. Вычисления в сумматорах и вычитателях производятся одновременно, после выполнения которых результаты из сумматоров поступают в освободив35 шиеся старшие разряды регистров.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в регистрах одновременно при проведении вычислений находятся старшие разряды предыдущего

40 К-го и младшие разряды последующего (К+1) -ro результатов. 3а счет одновременного выполнения операций сложения, вычитания, сдвига и запи-. си в регистре повышается быстродейст4 вие. Перестройка фильтра осуществляется путем использования выходов . с соответствующих разрядов регистров, изменяя значение (.