Адаптивный фильтр

 

Изобретение относится к радиотехнике . По отношению к основному авт.св. N 1008888 повышается помехоустойчивость . Адаптивньй фильтр содержит многоканальный моделятор I (ММ), формирователь 2 вес овых: функций (ФВФ), сумматоры 3, 5 и 11, пороговый элемент 4, ФНЧ 6, компаратор 12, два дополнительных ключа 13, 15 и ждущий мультивибратор 14. Входной сигнал - аддитивная смесь неизвестного повторяющегося сигнала и флуктуационной помехи поступает на информационный вход ММ 1, а на его управляющие входы подаются напряжения весовых функций, формируемые в ФВФ 2. Выходные сигналы ММ 1, пройдя сумматор 3 и пороговый элемент 4, порог срабатывания которого автоматически регулируется, поступают на ключ 15. Если на выходе сумматора 11 напряжение не равно нулю, то на выход адаптивного фильтра через сумматор 5, ФНЧ 6 и ключ 13 поступает напряжение , пропорциональное огибающей модулированной последовательности В - импульсов. Если входной сигнал содержит только шум, то при наличии сумматора II, компаратора 12, ключа 15 и ждущего мультивибратора 14 ключ 13 запирается и напряжение шума с выхода ФНЧ 6 не попадает на выход адаптивного фильтра. 1 ил,. I (О .I f 6 13

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 11

Р л » - л.ъ т

Ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ сигнал — аддитивная смесь неизвестного повторяющегося сигнала и флуктуационной помехи поступает на информационный вход МИ l, а на его управляющие входы подаются напряжения весовых функций, формируемые в ФВФ 2, Выходные сигналы 11И 1, пройдя сумЪ матор 3 и пороговый элемент 4, порог срабатывания которого автоматически регулируется, поступают на ключ 15.

Если на выходе сумматора 11 напряжение не равно нулю, то на выход адаптивного фильтра через сумматор 5, ФНЧ 6 н ключ 13 поступает напряжение, пропорциональное огибающей модулированной последовательности 3 — импульсов. Если входной сигнал содержит только шум, то при наличии сумматора ll, компаратора 12, ключа

15 и ждущего мультивибратора 14 ключ

13 запирается и напряжение шума с выхода ФНЧ 6 не попадает на выход адаптивного фильтра. 1 ил.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (61) 1008888 (21) 3799651/24-09 (22) 08.10.84 (46) 15.04.86. Бюл. У 14 (71) Ташкентский электротехнический институт связи (72) А.Л.Галиев, Л.Н.Гольдфельд и В.И.Прахов (53) 621.391.81(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1008888,кл. Н 03 Н 21/QQ, 1981. (54) АДАПТИВНЪ|Й ФИЛЬТР (57) Изобретение относится к радиотехнике ° По отношению к основному авт.св. У 1008888 повышается помехоустойчивость. Адаптивный фильтр содержит многоканальный моделятор 1 (11И), формирователь 2 весовых функций (ФВФ), сумматоры 3, 5 и ll, пороговый элемент 4, ФНЧ 6, компаратор

12, два дополнительных ключа 13, 15 и ждущий мультивибратор 14. Входной

ÄÄSUÄÄ 1224983 A

1д1) 4 Н 03 Н 21/00

Изобретение относится к радиотехнике, может быть использовано в системах обработки сигналов неизвестной формы и является усовершенствованием изобретения по авт.св.

М !008888.

Цель изобретения — повьппение по,мехоустойчивости.

На чертеже приведена структурная электрическая схема адаптивного фильтра.

Адаптивный фильтр содержит многоканальный моделятор 1, формирователь

2 весовых функций, первый сумматор

3, пороговый элемент 4, второй сумматор 5, фильтр 6 нижних частот. Формирователь 2 весовых функций состоит из задающего генератора 7, М амплитудных модуляторов 8, М запоминающих блоков 9 и M ключей 10„ а также дополнительный сумматор 11„ компаратор !2, первый дополнительный ключ 13, ждущий мультивибратор

14 и второй дополнительный ключ 15.

Адаптивный фильтр работает следующим образом.

Входной сигнал Ui

U (t) и флуктуационной помехи (шуС ма) U, (с), U (t) =U (t)+U (t) ! поступает на объединенный информационный вход многоканального моделятора !.

Число используемых каналов моделятора определяется выражением

М=2Г „ Т=В, где  — база принимаемого сигнала

"с(")

Р„ „- верхняя частота спектра сигнала U,(t)

Т вЂ” длительность сигнала U (t).

На управляющие входы всех М каналов моделятора 1 с соответствующих выходов формирователя 2 подаются напряжения весовых функций.

Формирование напряжений весовых функций в формирователе ? производится следующим образом.

С М выходов задающего генератора

7 формирователя 2, на вторые входы соответс твующих амплитудных модуляторов 8 формирователя 2, поступают короткие импульсы постоянной ампли4983 2 туды (E-импульсы), длительностью r,, выбираемой из условия и Х (g 7 э где Хэ — размер одного элемента проводящего слоя моделятора 1 вдоль направления записи весовой функции; ! б V — скорость записи весовой функции на безинерционном фоторезистивном слое моделятора.

Интервал следования о -импульсов

i5 на каждом из выходов задающего генератора 7 формирователя 2 должен быть не больше длительности сигнала Uz(t) .4 причем 3 -импульсы на i-м выходе задающего генератора 7 (1=2-M) смеще,К ны относительно F -импульсов íà (iI)-ом выходе задающего генератора 7 на интервал IIt, определяемый по теореме Кательникова

;Д,4

1 Т

2 макс

На первый вход каждого из амплитуцных модуляторов 8 формирователя

2 с соответствующего запоминающего блока 9 поступает напряжение U ..()

30 о! (гце i= — M), модулирующее по амплитуце 3 -импульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающего генератора 7. Промодулированные по амплитуде 3 -импульсы с выходов амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 поступают на соответствующие управляющие входы многоканального моцелятора 1.

В момент включения адаптивного фильтра на выходе моделятора I a следовательно, на входе первого сумматора 3, напряжение практически равно нулю, т.е. заведомо ниже начального порогового напряжения U4 рpðp по ро.гового элемента 4. При этом управляющее напряжение U4 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи 10 формирователя 2, управляющие входы которых соединены между собой и подключены к выходу порогово:го элемента 4, закрыты. Напряжения U (t) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 отсутствуют. В этом случае на управляющие входы всех M

55 каналов моделятора 1 поступают немодулированные 8 -импульсы. Через интервал Т (время обработки сигналов в моделяторе) иа выходе каждого из

)224983 каналов моделятора 1 появится выходное напряжение Б „„,(, -Т ), определяемое выражением

К

Выем« о«а) Т « о«) о где t — текущий момент отсчета вход0« ного сигнала в i-м канале моделятора, пробегающий все значения со скоростью пере- 10 мещения весовой функции по весовому слою i-го канала моделятора 1; причем

) +Ь1;, К вЂ” коэффициент пропорциональ- 1$ ности, зависящий от типа моделятора 1 и его конструктивных особенностей;

Т вЂ” время обработки входного о сигнала в моделяторе 1. 20

Таким образом, в момент t ; на выходе всех М каналов моделятора 1 появится напряжение U „,(t; -Т, ), был« представляющее собой отсчеты мгновенных значений входного сигнала, взя- д тые через интервал ttt, . Все отсчеты входного сигнала с выходов моделятора 1 поступают на первый сумматор

3, выходное напряжение которого определяется соотношением 30

К М

Э Т вЂ” «(о

Т, «Напряжение U подается на порого9 вый элемент 4, где сравнивается с из-35 меняющимся пороговым напряжением где dv« (t) — составляющая порогового напряжения, форми- 40 руемая из сигнала, подаваемого на вход порогового элемента 4.

В момент включения адаптивного фильтра пороговое напряжение V ()

4 пор равно начальному значению U „

4 пора

В течение всего времени приема повторяющегося сигнала напряжение

U, формируемое как сумма отсчетов входного сигнала Ut(t) подается íà S0 пороговый элемент 4. Это напряжение изменяется во времени как за счет изменения уровня входного сигнала

V,(t), представляющего собой смесь полезного сигнала и шума, так и за N счет адаптивного приближения параметров фильтра на моделяторе 1 к оп. тимальным.

Если напряжение V>(t) на входе первого сумматора 3 не превышает

V4 (t)«,ro напряжение U4 на выходе порогового элемента 4 отсутствует, ключи 1О в формирователе 2 закрыты, напряжения на запоминающих блоках 9 отсутствуют, а на управляющие входы моделятора 1 и на второй сумматор 5 подаются немодулированные о -импульсы. С второго сумматора 5 немодулированная последовательность о -импульсов, смещенных друг относительно друга на ; поступает на фильтр

6, граничная частота которого выбирается равной Г„„„„. При этом на выходе фильтра 6 выделится постоянное напряжение, представляющее собой огибающую немодулированной последовательности о -импульсов, которое подается на информационный вход первого ключа 13. Так как напряжение на запоминающих блоках 9 в рассматриваемом случае отсутствует, то и напряжение на выходе дополнительного сумматора 11 равно нулю.

Порог срабатывания U компара«2 пор тора 12 выбран оптимальным по критерию помехоустойчивости

% поп =""« "«рЬ где У вЂ” эффективное напряжение флуктуационных помех на входе адаптивного фильтра.

Так как в рассматриваемом случае напряжение на входе компаратора 12 равно нулю, т.е. порог U« „,о не превышен, на выходе его действует сигнал логического нуля. При этом сиг. нал логического нуля будет на выходе второго ключа 15 и ждущего мультивибратора 14. Первый ключ 13, на управляющий вход которого подается сигнал со ждущего мультивибратора

14, при этом заперт, и на выходе адаптивного фильтра сигнал отсутствует.

В том случае, когда напряжение на выходе первого сумматора 3 превысит пороговое напряжение U4по (с) порогового элемента 4, на выходе его появится напряжение U<, отпирающее ключи 10 формирователя 2 и вто. рой ключ 15. В самом же пороговом .элементе происходит при этом автоматическая регулировка порогового напряжения.

При отпирании ключей 10 формирователя 2 на запоминающие блоки 9

1224983 формирователя 2 переносятся значения отсчетов входного сигнала U<(t) с выхода моделятора 1, модулирующие (в амплитудных модуляторах 8) О -импульсы, поступающие с,задающего генератора 7, С выхода амплитудных модуляторов 8 формирователя 2 модулированные по амплитуде g -импульсы подаются на управляющие вхоцы много- !Q канального моделятора 1 и на сумматор 5, с выхода которого модулированная по амплитуде последовательность О -импульсов поступает на фильтр б нижних частот, выделяк)щий напряжение, пропорциональное огибающей этой последовательности, которое подается на информационный вход первого ключа 13. Напряжение

U с запоминающих блоков 9 формиро- 2О вателя 2, пропорциональное отсчетам входных сигналов, подается на дополнительный сумматор 11, на выходе которого выделяется напряжение

И 25

« - 9

;=1

Если это напряжение превышает порог срабатывания компаратора 12, то на выходе компаратора 12 появляется зр сигнал логической единицы, который через второй ключ 15 подается на ждущий мультивибратор 14. При этом ждущий мультивибратор 14 вырабатывает сигнал логической единицы, длитель- ностью Т, отпирающий первый ключ !3,, через который на выход адаптивного фильтра поступает напряжение, пропорциональное огибающей модулированной последовательности 3 -импульсов с вы- 40 хода фильтра 6.

Если входной сигнал U,(t) содержит только шуи П, (), то моиенты срабатывания порогового элемента 4 будут совершенно случайными и значения отсчетов входного сигнала, переносимые с выходов многоканального моделятора 1 через ключи !О в запомиг1агощие блоки 9 формирователя 2, также будут случайными . В результате напряжения U .(t) на запоминающих

9 блоках 9 будут случайно флуктуировать, оставаясь в среднеи близкиии к нулю. При этом с формирователя 2 иа управляющие входы моделятора и на второй сумматор 5 поступают 2— импульсы, амплитуда которых флуктуирует относительно среднего значения в очень малых пределах, На выходе фильтра 6 при этом действует напряжение шума U„, (t), которое подается на информационный вход первого ключа 13, Усредненные отсчеты напряжения шума U; поступают на дополнительный сумматов 11, с которого напряжение U = Е U - -подается на компаЙ: ратор 12.

Так как напряжение U . .в рассмат9 риваемом случае близко к нулю, то порог Б,.,„ компаратора 12 не будет превышен йапряжениеи U«, на выходе компаратора 12 при этом действует сигнал логического нуля. Сигнал логического нуля будет также на выходах второго ключа 15 и ждущего мультивибратора 14.

Первый ключ 13 при этом заперт и напряжение шума с выхода фильтра

6 не попадает на выход адаптивного фильтра.

В том случае, когда входной сигнал представляет собой сумму напряжений шума U it) и полезного сигнала

Uz(t), вероятность срабатывания порогового элемента 4 возрастает в связи с увеличением энергии входного сигнала U,(t), а следовательно, и суммарного напряжения отсчетов входного сигнала U>(t), подаваемого на порогсвый элемент 4. Чем выше отношение сигнал/шум на входе адаптивного фильтра, тем вероятнее срабатывание порогового элемента 4 в моменты появления полезного сигнала Нс().

Но и при небольших отношениях сигнал/шум срабатывание порогового элемента 4 будет происходить чаще при наличии полезного сигнала на входе адаптивного фильтра, чеи при его отсутствии.

1 Iocïå нескольких повторений полезного сигнала, вызвавших срабатывание порогового элемента 4, значения напряжений Ц, ) на запоминающих блоках 9 формирователя 2 приблизятся к значениям отсчетов полезного сигнала, Это происходит за сч:ет усреднения выбросов напряжений !

J;(t), вызванньгх шумами, при накоплении отсчетов входного сигнала на запоминающих блоках 9.

Напфяжения U . (t) модулируют 8 — им9! пульсы, подаваемые на амплитудные модуляторы 8 с задающего генерато24983

t5

25

35

7 12 ра 7. При этом значения напряжений весовых функций, подаваемых с формирователя 2, приближаются к опти» мальным, которые соответствуют отсчетам мгновенных значений полезного сигнала U (t) . 3a счет приближения формируемых весовых коэффициентов к оптимальным увеличится частота правильных (при появлении полезного сигнала) срабатываний порогового элемента 4, так как начнет возрастать отклик каждого канала моделятора 1 на полезный сигнал, что приведет к увеличению напряжения

Б (t) на выходе первого сумматора 3.

Процесс адаптации ускорится. Для одновременного уменьшения случайных срабатываний порогового элемента 4 под действием шума в интервалы, когда полезный сигнал U (t) на входе с отсутствует, порог срабатывания порогового элемента 4 автоматически увеличивается с увеличением напряжения на выходе первого сумматора 3.

Модулированная отсчетами полезного сигнала U,() последовательность 3 -импульсов с выхода формирователя 2 через второй сумматор 5 поступает на фильтр 6, выделяющий напряжение, которое все точнее повторяет форму полезного сигнала. Это напряжение подается на информационный вход первого ключа 13.

Напряжение Б„; на запоминающих блоках 9 формирователя 2 в этом случае существенно превышает напряжение шума, поэтому напряжение U поступающее на вход компаратора 12 с дойолнительного сумматора 11, выше его порога срабатывания U<2 pop При этом на выходе компаратора 12 действует сигнал логической единицы, поступающий на информационный вход второго ключа 15.

Если суммарное напряжение отсчетов входного сигнала U>(t) превышает порог срабатывания порогового элемента 4 (фиксируя тем самым появление на входе полезного сигнала

U (1)), на выходе порогового эле- 50 мента 4 появляется напряжение U, отпирающее второй ключ 15. Сигнал логической единицы с компаратора 12 через второй ключ 15 поступает на ждущий мультивибратор 14, вырабаты- 55 вающий сигнал логической единицы длительностью Т, который отпирает первый ключ 13. При этом напряжение по8 лезного сигнала с фильтра 6 через первый ключ 13 поступает на выход адаптивного фильтра. Если же пороговый элемент 4 не сработал при поступлении на его вход напряжения

U>(t) (что происходит при отсутствии полезного сигнала на входе),второй ключ 15 заперт, на выходе ждущего мультивибратора 14 действует сигнал логического нуля, запирающий ключ

13 и сформированное на выходе фильтра 6 напряжение не поступает на выход адаптивного фильтра.

Таким образом, когда во входном напряжении U, (t) адаптивного фильтра нет повторяющегося сигнала V,(t), происходят случайные срабатывания порогового элемента 4, средние значения напряжений на запоминающих блоках 9 формирователя 2 остаются нупорог U< ppp < t) в пороговом элементе 4 сохраняет значение, близкое к U„«, а первый ключ 13 заперт и сигнал на выходе адаптивного фильтра отсутствует.

При появлении повторяющегося сигнала Б (t) процент случайных срабатываний порогового элемента 4 постепенно уменьшается, напряжение на запоминающих блоках 9 все более приближается к оптимальным значениям, модулированные этим напряжением 0— импульсы, подаваемые на второй сумматор 5 отсчетов выходного сигнала, стремятся к значению отсчетов U ..

С1 полезного сигнала, пороговое напряжение на выходе фильтра 6 все точнее повторяет форму полезного сигнала

U (t), так как представляет собой огибающую совокупность отсчетов полезного сигнала U ;, взятых через инт тервал ьС = — что позволяет точно

8 э восстановить форму .этого сигнала.

Формула изобретения

Адаптивный фильтр по авт.св.

¹ 1008888, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, между выходами фильтра нижних частот и адаптивного фильтра включен введенный первый дополнительный ключ, а между выходами M запоминающих блоков формирователя весовых функций и входом управления первого дополнительного ключа включе1224983

Составитель А.Осипович

Техред Л. Олейник Корректор А. Зимокосов

Редактор И.Сегляник

Заказ 1963/57

Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие,, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ны последовательно соединенные дополнительный сумматор, компаратор, второй дополнительный ключ, вход управления которого подключен к входу формирователя весовых функций, и ждущий мультивибратор.