Фильтр

 

1. ФИЛЬТР, содержащий линию задержки, инвертор, фильтр нижних . частот, генератор тактовых импульсов. выхой которого подключен к входу блока управления, первьй выход которого соединен с тактовым входом линии задержки , отличающийся тем, что , с целью повьшения точности фильтрации, введены два коммутатора, интегратор и стробирукмций блок, при этом первый коммутатор, первый информационный вход которого является входом фильтра, линия задержки, инвертор , второй коммутатор, интегратор , стробирующий блок и фильтр нижних частот соединены последовательно, при этом выход линии задержки подключен к вторым информационным входам § первого и второго коммутаторов, второй выход блока управления - к (Л управляющим входам первого коммутатора , интегратора и стробирующего блока , а третий выход - к управляющему входу второго коммутатора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

4(51) Н 03 Н 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3534182/24-09 (22) 06.01.83 (46) 15.02.85. Бюл. (72) К.В.Филатов (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д.Калмыкова (53) 621.396.6(088.8) (56) 1. Thyssens L.G. and Verbist L.

Digital Muttifrequency Receivers and

senders. — "Etectricat Communication", vol. 54, 1979,¹ 4, р.319-325, fig. 1.

2. Trividis J.P. Method for signaIi . processing. With transfer function coefficients dependent oniy оп timing. — "Electronic. Hetters", vol. 16, 1980, № 21, р. 796-798, fig. 3 (прототип). (54)(57) 1. ФИЛЬТР, содержащий линию задержки, инвертор, фильтр нижних частот, генератор тактовых импульсов, ÄÄSUÄÄ 1140229 выход которого подключен к входу бло ка управления, первый выход которого соединен с тактовым входом линии задержки, отличающийся тем, е что, с целью повьппения точности фильтрации, введены два коммутатора, интегратор и стробирующий блок, при этом первый коммутатор, первый инфор- мационный вход которого является входом фильтра, линия задержки, инвертор, второй коммутатор, интегратор, стробирующий блок и фильтр нижних частот соединены последовательно, при этом выход линии задержки подключен к вторым информационным входам первого и второго коммутаторов, Я ф второй выход блока управления — к управляющим входам первого коммутатора, интегратора и стробирующего бло" С ка, а третий выход — к управляющему входу второго .коммутатора. 140229

2. Фильтр по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок управления содержит реверсивный счетчик, постоянное запоминающее устройство, счет-, чик адреса, дешифратор нуля и дешифратор числа весовых коэффициентов, причем вычитающнй вход реверсивного счетчика является входом блока управления, выход реверсивного счетчика подключен к входу дешифратора нуля, выход которого является первым выхо дом блока управления и подключен к управляющему входу реверсивного счетчика и к счетному входу счетчиИзобретение относится к технике ббработки сигналов и может быть ис пользовано в устройствах обнаружения сигналов на фоне помех в качестве как оптимальных фильтров сложных 5 сигналов, так и фильтров нижних и верхних частот высокого порядка, режекторных, полосовых и гребенчатых фильтров с импульсной характеристикой конечной длины. 10

Известен фильтр, содержащий линию задержки, отводы которой через соот;ветствующие перемножители подключены к входам сумматора f1 ).

Недостаток фильтра заключается 15 в том, что количество отводов в линии задержки и количество перемножителей прямо пропорционально порядку фильтра и при построении фильтров сложных сигналов достигает десятков, 20 и сотен. Кроме того, быстродействие фильтра (полоса пропускания фильтра) всегда ограничено скоростью умножения на весовые коэффициенты.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является фильтр, содержащий линию задержки, каждый отвод которой через электронный ключ и инвертор подключен к соответствующему входу сумматора, выход З0 которого подключен к входу фильтра нижних частот, а также генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом блока управления, соответствующие выходы которого подключены к тактовому входу линии зака адреса, выход которого подключен к адресным входам постоянного запоминающего устройства и к входу дешифратора числа весовых коэффициентов, выход которого является вторым выходом блока управления и подключен к установочному входу счетчика адреса, первый выход постоянного запоминающего устройства подключен к входу предварительной установки ,реверсивного счетчика, а второй выход постоянного запоминающего устройства является третьим выходом блока управления. держки и к управляющим входам электронных ключей (2f.

-Недостатками фильтра являются необходимость выполнения линии задержки со многими отводами, сложность фильтра, обусловленная наличием большого количества электронных ключей, низкая точность воспроизведения желаемой передаточной функции фильтра, т.к. использование даже

"идеального" фильтра нижних частот (т.е. с бесконечно крутым срезом амплитудно-частотной характеристики) в этом фильтре не обеспечивает точной интерполяции отклика фильтра.

Цель изобретения — повышение точности фильтрации.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтр, содержащий линию задержки, инвертор, фильтр нижних частот, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу блока управления, первый выход которого соединен с тактовым входом линии задержки, введены два коммутатора, интегратор и стробирующий блок, при этом первый коммутатор, первый информационный вход которого является входом фильтра, линия задержки, инвертор, второй коммутатор, интегратор, стробирующий блок и фильтр нижних частот соединены последовательно, при этом выход линии задерж" ки подключен к вторым информационным входам первого и второго коммутаторов, второй выход блока управления— к управляющим входам первого коммутатора, интегратора и стробирующего блока, а третий выход, — к управляющему входу второго коммутатора.

Блок управления содержит реверсивный счетчик, постоянное запоминающее устройство, счетчнк адреса, дешифратор нуля и дешифратор числа весовых коэффициентов, причем вычитаю- . щий вход реверсивного счетчика является входом блока управления, выход реверсивного счетчика подключен к входу дешифратора нуля, выход которого является первым выходом блока управления и подключен к управляющему входу реверсивного счетчика и к счетному входу счетчика адреса, выход которого подключен к адресным входам постоянного запоминающего устройстsa и к входу дешифратора числа весовых коэффициентов, выход которого является вторым выходом блока управления и подключен к установочному входу счетчика адреса, первый выход постоянного запоминающего устройства подключен к входу предварительной установки реверсивного счетчика, а второй выход постоянного запоминающего устройства является третьим выходом блока управления.

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема фильтра; на фиг. 2 — структурная электрическая схема блока управления.

Фильтр содержит первый коммутатор 1, линию 2 задержки, инвертор 3, второй коммутатор 4, интегратор 5, стробирующий блок 6, фильтр 7 нижних частот (ФНЧ), генератор 8 тактовых импульсов (ГТИ), блок 9 управления.

Блок 9 управления содержит реверсивный счетчик 10, дешифратор 11 ну.ля, счетчик 12 адреса, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 13 и дешифратор 14 числа весовых коэффициентов.

Фильтр работает следующим образом.

45 .вые коэффициенты, заложенные в мгновенный период тактовых импульсов, перебираются с .первого по N-й за период дискретизации Т . Число отсчетов сигнала, содержащихся в линии 2 задержки, равно числу отсчетов N весовых коэффициентов фильтра, заложенных в мгновенный период тактовых импульсов линии 2 задержки. Так как мгновенный период Г, тактовых им55 пульсов изменяется в соответствии формулой (1), то различно и время, а течение которого каждый отсчет ..игнала действует с выхода линии 2

Сигнал, подлежащий фильтрации, поступает. на первый информационный вход первого коммутатора 1. В моменты Т, 2Т, ЗТ и т.д. первый комд> oü мутатор 1 на время, равное одному периоду следования импульсов ГТИ 8, соединяет вход фильтра с входом линии 2 задержки, тем самым осуществляется дискретизация входного сигнала с периодом Т и запись отсчета

40229 4 сигнала в линию 2 задержки. Период цискретизации Т должен выбираться в соответствии с теоремой отсчетов

B.À.ÊîòåëüíèKoâà, т.е.

Т, 1/k„F, где k,2 — коэффициент дискретизации;

F — наивысшая частота в спект.— ре обрабатываемого сигнала.

После записи отсчета в линию 2

1p çàäåðæêH первый коммутатор 1 соединяет вход линии 2 задержки с ее выходом. В качестве линии 2 задержки может использоваться либо дискретноаналоговая линия задержки на основе

15 приборов с зарядовой связью, либо цифровая линия задержки, включающая последовательно соединенные аналого:цифровой преобразователь, совокупность цифровых регистров сдвига би2О нарных кодов и цифро-аналоговый преобразователь (матрица К-2R). Подобные линии задержки позволяют легко менять скорость сдвига информации в них путем изменения периода тактовых импульсов. Мгновенный период тактовых импульсов ; на первом выходе блока 9 управления прямо пропорционален модулю отсчетов желаемых весовых .коэффициентов фильтра, т.е. отсчетов импульсной характеристики g(t), и рассчитывается по формуле

К ;=,ie,t Z-,, (1)

;где g. — отсчеты желаемой импульсной

35 характеристики фильтра;

N=k Ft — число отсчетов желаемой хаА рактеристики фильтра;

Т вЂ” длительность желаемой импульсной характеристики

40 фильтра.

При этом Е .-T т,е. все весо1 ф!

1=1

1140229

4- t,(f)=+ 5,reC4 S1gn(g,) 1 (>)

5х, 1

1 — .; /2

1 П=1 где (, /2, 1

i-й

;/2, при g.,0

\ при g;(0

Sign(g;)= 1

1 — функция знака т задержки (через инвертор 3 и второй коммутатор 4) на вход интегратора 5.

Так как временной интервал всегда величина положительная, то знак весового коэффициента фильтра вводится с помощью инвертора 3 и второго коммутатора 4, управляемого знаковым разрядом весового коэффициента, поступающим с третьего выхода блока 9 управления. Если очередной коэффициент положителен, то сигнал поступает с выхода линии 2 задержки на вход интегратора 5 без инверсии, в противном случае сигнал инвертируется инвертором 3. Интегратор 5 производит интегрирование поступающей

1, при)Е-t;) "" (— -, О, пр- .—.,!

Сигнал S (ФТ ) на выходе интеЬых о гратора 5 определяется интегрированием выражения (2) в пределах (1с- ) Тф-1сТ9

1т, м

1- 1,. ВР,„()= Б,.rect sign(1 Уi 1

1 (1 - )т, то

t- 1

1-ес 1- 44 5

1 1

О

H (,), 1 =,. з

1=4 11, t-t1 так как rect(- †)dt= <.„..

"1

11одставляя в формулу (3) значение из выражения (1), получим

Т

К

5 ы„(1<1-, = „ !

4 " i q

4 где С вЂ” константа. на его вход импульсной последовательности в течение каждого цикла циркуляции содержимого линии 2 задержки, т.е. во временном интервале ((к-1)ТО, кто ) °

Сигнал Б „() на входе интегратора 5 представляет собой сумму прямоугольных импульсов, амплитуда которых равна отсчетам входного сигнала S; временное положение центра импульса — t- длительность определяется мгновенным периодом 1.. такто1 вых импульсов линии 2 задержки, а знак - произведением знаков отсчета сигнала и весового коэффициента — центр 1-го прямоугольного импульса; прямоугольный импульс;

Выражение (4) показывает, что выходной сигнал Я ы (kT ) интегратора 5 в момент конца интервала (кТ ) с точностью до постоянного множителя

35 совпадает с суммой произведений отсчетов сигнала на весовые коэффициенты фильтра.

Стробирующий блок 6 осуществляет

4р передачу выходного сигнала интегратора 5 в моменты времени кТО на вход ФНЧ 7, который восстанавливает непрерывную форму отклика всего фильтра.

45 Блок 9 управления работает следующим образом.

В момент времени t=0 счетчик 12 адреса установлен в ноль по установочному входу R. Нулевое состояние р всех триггеров счетчика 12 адреса передается через его выходную шину на адресные входы ПЗУ 13, на выходе которого появляется бинарный код первого весового коэффициента, запи55 анного по нулевому адресу. Этот код поступает на вход предварительной установки реверсивного счетчика 1

10 который в это время производит вычи1140 тание импульсов ГТИ 8 из первоначального числа, записанного в реверсивном счетчике 10. Когда в реверсивном счетчике tO сформируются нули во всех разрядах, дешифратор 11 нуля формирует импульс, который разрешает перезапись кода весового коэффициента из ПЗУ 13 в реверсивный счетчик 10 и одновременно увеличивает состояние счетчика 12 адреса на еди- 10 ницу, при этом изменяется адрес

ПЗУ 13, которое удерживает на своем выходе второй весовой коэффициент, выбранный уже по первому адресу.

В это же время реверсивный счетчик 10 производит вычитание импульсов ГТИ 8 из числа занесенного в реверсивный счетчик, 10 из ПЗУ 13 в первом такте.

При достижении нуля в реверсивном счетчике 10 процесс повторяется до тех пор, пока в счетчике 12 адреса не сформируется число, равное числу N весовых коэффициентов, фильтра.

В этом случае дешифратор 14 числа весовых коэффициентов формирует им- 25 пульс, который подается на второй выход и в то же время устанавливает счетчик 12 адреса в нулевое состояние. Далее описанный процесс периоди- чески повторяется с периодом То 3Q

Реверсивный счетчик 10 выполняет роль преобразователя бинарного (прямого) кода весовых коэффициентов,, хранящихся в ПЗУ 13, во временной интервал ; тактовых импульсов, поступающих через первый выход блока 9 управления на тактовый вход линии 2 задержки. Знак весового коэффициента поступает непосредственно из ПЗУ 13 через третий выход блока 9 управления на управляющий вход второго коммутатора 4. Весовые коэффициенты фильтра представлены в ПЗУ 13 в виде квантовых на 2 уровней чи0 . сел, где — разрядность мантиссы

229 8 (модуля) чисел, хранящихся в ПЗУ 13.

Мгновенный период Т. тактовых

1 импульсов на первом выходе блока 9 управления рассчитывается по формуле (1). Если принять максимальное значение весовых коэффициентов (g; „„(=1, а минимальное g-, =О, тогда период следования генератора тактовых импульсов 8 определяется .по формуле и

motx @ (5) гтн . к

< (;(Анализ формулы (5) показывает, что она может быть упрощена, если желаемая импульсная характеристика фильтра представляет собой гармонический сигнал с монотонной амплитудной и фазовой модуляцией. Примером является импульсная характеристика оптимального (согласованного) фильтра для импульсного сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) и гауссовой огибающей. В этих случаях величина.

К где коэффициент (ф (й () в1

d, не зависит от закона фазовой модуляции, а определяется лишь законом амплитудной модуляции импульсной характеристики g(t)

Таким образом, предлагаемый фильтр точно реализует алгоритм линейной фильтрации, и для него передаточная функция является дискретным преобразованием Фурье последовательности весовых коэдмЬициентов 8;=д(Т ) и

Н(}=

1 1 3

1= yl т.е. имеет передаточную характерис тику, точно соответствующую заданным весовым коэффициентам.

1140229

4 м8. 2

Составитель Т.Афанасьева

Редактор Л.Веселовская ТехредС.Йовжий Корректор О.Билак

Закаэ 271/43 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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