Устройство для вычисления коэффициентов нерекурсивных фильтров с заданными полосовыми свойствами в частотной области

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для синтеза цифровых нерекурсивных фильтров с заданными характеристиками в частотной области и может найти широкое применение в качестве блоков управления адаптивной цифровой фильтрацией. Цель SuH flBtHi (Л влиП бтхН

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (5)) 4 С 06 F 15,/353, Н 03 Н 17/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

faun ЮЛЮ

Фиг. Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3993173/24-24 (22) 17 ° 12.85 (46) 07.05.87. Бюл. В 17 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) С.В. Архангельский и Ю.И.Шафоростов (53) 68!.32 (088.8) (56) Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: "Мир", 1978.

Хьюлеман Л.П. Активные фильтры.

М.: Мир, 1972, с.336-347. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ НЕРЕКУРСИВНЫХ ФИЛЬТРОВ С

ЗАДАННЫМИ ПОЛОСОВЫМИ CBOACTBAMH В

ЧАСТОТНОЙ ОБЛАСТИ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для синтеза цифровых нерекурсивных фильтров с заданными характеристиками в частотной области и может найти широкое применение в качестве блоков управления адаптивной цифровой фильтрацией. Цель изобретения — повышение точности фильтрации. Поставленная цель достигается за счет того, что устройство содержит регистры 1,1, 1.2, блок ? памяти, блок 3 умножения, элементы

4.1-4.2 задержки, коммутаторы 5;15.3, 6,7, блок 8 вычитания, вход 9 задания режима, блок 10 постоянной памяти и блок 11 вычисления параметров. 6 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности к устройствам для синтеза полосовых нерекурсивных фильтров с заданными частотными свойствами, и 5 может найти широкое применение в качестве блоков управления адаптивной полосовой фильтрацией.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг.1 и 2 приведены передаточные характеристики фильтров, на фиг.3 — блок-схема данного устройства на фиг.4 и 5 сигналы на входах!

5 выходах блока постоянной памяти, на фиг.6 — блок-схема блока вычисления параметров.

Нерекурсивный фильтр с функцией передачи вида (фиг.2) имеет импульсную реакцию h ((t)=U(t-(),-h(t), ес20 ли фильтр с импульсной реакцией h(t) имеет функцию передачи полосовой формы вида (фиг.1). Здесь — задержка нерекурсивного полосового фильтра: U(t- (,) — функция вида

1, если t= (0, в остальных случаях.

При последовательном включении двух одинаковых фильтров, каждый из которых имеет задержку Г и функцию передачи В(()), образуется фильтр с задержкой 2 (и функцией передачи, равной В(и) . При этом если: 35 а) B(Q) имеет вид, представленный на фиг.1, то при последовательном включении данных фильтров образуется нерекурсивный фильтр с неравномерностью в полосе пропускания, равной

2М, в полосе задержания — 5, где ,М, Q < 1, б) В((,)) имеет вид, представленный на фиг.2, то при последовательном включении данных фильтров образуется нерекурсивный фильтр с неравномерностью в полосе задержания, равной

М, в полосе пропускания — 26.

Ф

Импульсная реакция h(t) нерекурсивного фильтра через импульсные реакции F,(t) i=1, ..., ш частотнозависимых звеньев Р;, для любого момента времени t описывается следующим образом;

h(t)= у„() ° R,, т -1 где R — коэффициенты нерекурсивных полосовых фильтров, у;р(), h(t.)=0, при t > Т, Т вЂ” длительность импульсной. Реакции.

Пусть целое положительное число

m принимает такое значение, при котором спектр Н(я) функции D (h(t)J, определенной

?i(), если t=K 8, K=0,1., Т р () (с))

О, в остальных случаях, являющийся передаточной функции рассматриваемого нерекурсивного фильтра, имеет заданную форму прямоугольнистости, т.е. обладает заданными частотными свойствами. Функция D (h(t)) в называется дискретной импульсной реакцией дискретного нерекурсивного полосового фильтра. Тогда для моментов времени t=K 8 К=0,1 ...,m-1 выреяеяие лля h(t)=D (h(t)j сводится к

9 следующей системе из m линейных уравнений с m неизвестными, в матричной форме принимающей вид 1(R=h где

1309040

g,(e), g,(â),...,у. (e), у (28) 2I,(29),...,р,„(29), 10

f5

>, (e), >,(me),...,2t.(me) Решение данной системы относительно вектора коэффициентов R запишется в следующем виде:

° Ь, где ) - обратная матрица от (.

Из рассмотренных теоретических предпосылок можно сформулировать следующий алгоритм вычисления коэффициентов R нерекурсивных фильтров.

Вычисление требуемой импульсной реакции h„(t) нерекурсивного фильтра ьЬ, (t), при m — - неh„(t) четном, U(t& ) - йЬ (t), при m—

Зе нечетном

Здесь ah(t)= J h(8) h(t-8) d8, 1, если t= с

u(t-(, )дс

О, если tg(, о — задержка, в=1,2

Ф

h, (t) =u(t- (,„, )-h, (t), Ь (t) — импульсная реакция некоторого фильтра с известными параметрами функции передачи.

Величина m выбирается такой, чтобы функция h„(t) в частотной области обладала заданными полосовыми свойствами.

Значения коэффициентов R нерекурсивных фильтров вычисляются из следующей системы линейных уравнений:

R= " Ь .

Из. данного алгоритма вычисления коэффициентов R и рассмотренных тео.ретических предпосылок следует, что

Ь (с) есть импульсная реакция нерекурсивного фильтра, обеспечивающая его требуемые частотные свойства. В свою очередь Ь„8(й) обеспечивается значениями коэсЬфициентов К,вычисленных но данному алгоритму.

Устройство (фиг.3) имеет вход задания параметров (Вх.Н), два информационных. входа (Вх.И и Вх.И ), параметрический и информационный (коэф25

55 к к(З К28 ° 8 Кв °

h=(h(8), Ь(28),..., е(т8)) ° фициентов фильтра) выходы (Вых. II, Вых.И) и содержит: два регистра 1-1, 1-2, блок 2 памяти, блок 3 (скалярного) умножения, элементы 4-1, 4-2 задержки, коммутаторы 5-1, 5-2, 5-3, 6, 7, блок 8 вычитания, вход 9 задания, блок 10 постоянной памяти, блок

11 вычисления параметров (БВП).

Блок вычисления параметров 11 (фиг.б) содержит ключи 12, регистры

13, элементы ИЛИ 14, арифметический узел 15.

Устройство работает следующим образом.

В режиме настройки устройства осуществляется запись через Вх.Н в блоки 10 и 11 параметров требуемой и исходной функции передачи фильтра, через Вх.И в блок 4-1 посредством сигналов управления — исходный импульсной реакции фильтра, и через

Вх.И в блок 2 посредством сигнала управления — обратной матрицы импульсных реакций частотно-зависимых звеньев нерекурсивного полосового фильтра.

В режиме вычисления импульсной реакции коммутаторы 5-3 и 7 подключают соответственно выход блока 4-2 к второму входу блока 3 и выход блока 3 к информационному входу блока

4-1. Одновременно с этим на соответствующем выходе блока 10 устанавливается нулевое значение сигнала, осуществляющее посредством блока 5-1 (KM1) коммутацию выхода блока 4-1 с выходом блока 5-1, на другом выходе устанавливается единичное значение сигнала, осуществляющее посредством блока 5-2 коммутацию выхода блока 8 информационным входом блока 1-1. Пос" ле этого на соответствующих выходах блока 10 вырабатываются единичные им" пульсы, осуществляющие запись информации с выхода элемента 4-1 (ЛЗ ) в регистры 1-1 и 1-2 памяти (РП). Затем осуществляется операция свертки сигналов, хранящихся в регистрах 1-1, 1-2 блоками 6, 4-2, 3 и 4-1. Резуль1309040 тат данной операции фиксируется в блоке 4-1. Далее данный процесс или повторяется снова, если требуемая функция импульсной реакции еще не сформирована. 5

В режиме вычисления коэффициентов осуществляется коммутация выхода блока 2 (БП) с вторым входом блока 3 (SCII) . В зависимости от признака получившегося в блоке 4-1 сигнала в пре-10 дыдущем режиме (обычный, инверсный) осуществляется выработка на соответствующем выходе соответственно нулевого или единичнбго сигнала, осуществляющего посредством блока 5-2 ком- 15 мутацию или выхода блока 5-1 или выхода блока 8 с входом блока 1-1. После чего вырабатывается единичный импульс на выходе блока 10, осуществляющий запись информации в блок 1-1. 20

Затем по сигналам, вырабатываемым на выходах блока 10, производятся операции скалярного произведения векторов, хранящихся в блоках 1-1 и 1-2.

Результат данных операций получается в блоке 4-1 (ЛЗ,). Таким образом, коэффициенты нерекурсивных фильтров получаются в блоке 4-1, а импульсная реакция — в блоке 1-1, которые могут быть выданы на выход

Вых.И устройства через коммутаторы

5-1 и 5-2.

Формула изобретения

Устройство для вычисления коэффициентов нерекурсивных фильтров с заданными полосовыми свойствами в частотной области, содержащее первый . регистр, выход которого подключен к 40 первому входу блока умножения, бпок памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй регистр, пять коммутаторов, два элемента задержки, блок вычитания, блок постоянной памя.ти и блок вычисления параметров.

2М, если Пт=-1, Мт=

М, если Пт =О, 5О

5 9 ести Пт 0 р т

25, если gi =1.

Пт — (1- П), Ят=2И, Ф=М„б =бт, П =П, И=И, если 7, -=1; р1(дэ П Пи9 М И у если У О, где Y, Y — сигналы соответственно на первом и втором управляющих входах блока, М,E,N — вектор параметров на информационном входе блока, причем выход первого регистра подклю" чен к первому информационному входу первого коммутатора, выход которого подключен .к информационному входу второго регистра, первому информационному входу второго коммутатора и первому входу блока вычитания, выход которого подключен к второму информационному входу второго коммутатора, выход которого является выходом коэффициентов устройства и подключен к информационному входу перво"о регистра, выход второго регистра подключен к информационному входу третьего коммутатора, выход которого подключен к входу первого элемента задержки, выход которого подключен к первому информационному входу четвертого коммутатора, выход которого подключен к второму входу блока умножения, выход которого подключен к первому информационному входу пятого коммутатора, выход которого подключен к входу второго элемента задержки, выход которого подключен к второму информационному входу первого коммутатора, выход блока вычисления параметров подключен к второму входу блока вычитания, первому адресному входу блока постоянной памяти и является выходом параметров фильтра устройст-. ва, входом задания параметров которого являются соединенные между собой информационный вход блока вычисления параметров и второй адресный вход блока постоянной памяти, выходы раз= рядов первой группы которого подключены к входам соответствующих разрядов управляющего входа третьего коммутатора и адресного входа блока памяти, выход которого подключен к второму информационному входу четвертого коммутатора, управляющий вход которого соединен с управляющим входом пятого коммутатора, первым управляющим входом блока вычисления параметров, третьим адресным входом блока постоянной памяти и является входом задания режима работы устройства, первым и вторым информационными входами которого являются соответственно второй информационный вход пятого коммутатора и информационный вход

/ ц

S-+ г ° ° °

Риг. f

cJi

Фиг. Я

7 130904 блока памяти, выход первого разряда блока постоянной памяти подключен к тактовым входам первого и второго элементов задержки, выход второго разряда блока постоянной памяти подключен к второму управляющему входу блока вычисления параметров и тактовому входу первого регистра, выходы третьего, четвертого, пятого и шестого разрядов блока постоянной памяти подключены соответственно к тактовому входу второго регистра, входу управления записью/считыванием блока памяти, управляю-! щнм входам первого и в торого коммутаторов .

1309040

0

f бЯ

0

Ы б7

0 бб

И

Р

1309040

Рььг. /7

Составитель А,Баранов

Техред N.Õoäàíè÷ Корректор М.Пожо

Редактор А.Ворович

Заказ 1800/42

Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4